using System;
using System.IO;
using System.Security.Cryptography;
using System.Text;

class FileProtector
{
    /// <summary>
    /// パスワードをSHA-256でハッシュ化し、バイト配列として返す。
    /// </summary>
    /// <param name="password_">ユーザーが設定したパスワード</param>
    /// <returns>ハッシュ化されたバイト配列（256ビット=32バイト）</returns>
    private static byte[] hash_password(string password_)
    {
        using (var sha256 = SHA256.Create())
        {
            // パスワードをUTF-8でバイト配列に変換し、ハッシュ化
            return sha256.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(password_));
        }
    }

    /// <summary>
    /// 元のファイルデータにパスワードに基づくランダムバイトを挿入し、新しいデータを作成する。
    /// </summary>
    /// <param name="file_data_">元のファイルデータ</param>
    /// <param name="hash_">パスワードのハッシュ値</param>
    /// <param name="new_file_data_">バイトが挿入された新しいファイルデータ</param>
    private static void insert_bytes(byte[] file_data_, byte[] hash_, out byte[] new_file_data_)
    {
        // ハッシュ値から挿入の開始位置、間隔、バイト数を決定
        uint start_pos = BitConverter.ToUInt32(hash_, 0) % (uint)file_data_.Length; // 開始位置（ファイルサイズで割った余り）
        ushort interval = (ushort)(BitConverter.ToUInt16(hash_, 4) % 10 + 1);      // 挿入間隔（1～10バイト）
        ushort byte_count = (ushort)(BitConverter.ToUInt16(hash_, 6) % 5 + 1);     // 挿入バイト数（1～5バイト）

        // ランダムバイト生成のためのシード（ハッシュ値から取得）
        int seed = BitConverter.ToInt32(hash_, 8);
        var random = new Random(seed);

        // 新しいファイルデータをメモリストリームに構築
        using (var ms = new MemoryStream())
        {
            int pos = 0; // 現在の処理位置
            while (pos < file_data_.Length)
            {
                // 開始位置まで元のデータをそのままコピー
                if (pos < start_pos)
                {
                    int copy_length = (int)Math.Min(start_pos - pos, file_data_.Length - pos);
                    ms.Write(file_data_, pos, copy_length);
                    pos += copy_length;
                }
                else
                {
                    // 挿入位置にランダムバイトを追加
                    byte[] random_bytes = new byte[byte_count];
                    random.NextBytes(random_bytes);
                    ms.Write(random_bytes, 0, byte_count);

                    // 次の挿入位置まで元のデータをコピー
                    int next_pos = pos + interval;
                    if (next_pos < file_data_.Length)
                    {
                        ms.Write(file_data_, pos, interval);
                        pos = next_pos;
                    }
                    else
                    {
                        ms.Write(file_data_, pos, file_data_.Length - pos);
                        pos = file_data_.Length;
                    }
                }
            }
            new_file_data_ = ms.ToArray();
        }
    }

    /// <summary>
    /// バイトが挿入されたファイルデータから無関係なバイトを除去し、元のデータに戻す。
    /// </summary>
    /// <param name="file_data_">バイトが挿入されたファイルデータ</param>
    /// <param name="hash_">パスワードのハッシュ値</param>
    /// <param name="original_file_data_">復元された元のファイルデータ</param>
    private static void remove_bytes(byte[] file_data_, byte[] hash_, out byte[] original_file_data_)
    {
        // ハッシュ値から挿入時の開始位置、間隔、バイト数を再計算
        uint start_pos = BitConverter.ToUInt32(hash_, 0) % (uint)file_data_.Length;
        ushort interval = (ushort)(BitConverter.ToUInt16(hash_, 4) % 10 + 1);
        ushort byte_count = (ushort)(BitConverter.ToUInt16(hash_, 6) % 5 + 1);

        // 元のデータをメモリストリームに構築
        using (var ms = new MemoryStream())
        {
            int pos = 0; // 現在の処理位置
            while (pos < file_data_.Length)
            {
                // 開始位置までデータをそのままコピー
                if (pos < start_pos)
                {
                    int copy_length = (int)Math.Min(start_pos - pos, file_data_.Length - pos);
                    ms.Write(file_data_, pos, copy_length);
                    pos += copy_length;
                }
                else
                {
                    // 挿入されたバイトをスキップ
                    pos += byte_count;

                    // 次の挿入位置までデータをコピー
                    int next_pos = pos + interval;
                    if (next_pos < file_data_.Length)
                    {
                        ms.Write(file_data_, pos, interval);
                        pos = next_pos;
                    }
                    else
                    {
                        ms.Write(file_data_, pos, file_data_.Length - pos);
                        pos = file_data_.Length;
                    }
                }
            }
            original_file_data_ = ms.ToArray();
        }
    }

    /// <summary>
    /// パスワードを使ってファイルを保存する。
    /// </summary>
    /// <param name="file_path_">保存先のファイルパス</param>
    /// <param name="password_">設定するパスワード</param>
    /// <param name="file_data_">保存する元のファイルデータ</param>
    public static void save_file(string file_path_, string password_, byte[] file_data_)
    {
        byte[] hash = hash_password(password_); // パスワードをハッシュ化
        insert_bytes(file_data_, hash, out byte[] new_file_data); // バイトを挿入
        File.WriteAllBytes(file_path_, new_file_data); // ファイルに書き込み
    }

    /// <summary>
    /// パスワードを使ってファイルを開く。
    /// </summary>
    /// <param name="file_path_">読み込むファイルパス</param>
    /// <param name="password_">設定されたパスワード</param>
    /// <returns>復元された元のファイルデータ</returns>
    public static byte[] load_file(string file_path_, string password_)
    {
        byte[] hash = hash_password(password_); // パスワードをハッシュ化
        byte[] file_data = File.ReadAllBytes(file_path_); // ファイルを読み込み
        remove_bytes(file_data, hash, out byte[] original_file_data); // バイトを除去
        return original_file_data;
    }

    // 使用例
    static void Main()
    {
        string file_path = "test.bin";
        string password = "MySecretPass123";
        byte[] original_data = Encoding.UTF8.GetBytes("これはテストデータです。");

        // ファイル保存
        save_file(file_path, password, original_data);
        Console.WriteLine("ファイルが保存されました。");

        // ファイル読み込み
        byte[] loaded_data = load_file(file_path, password);
        Console.WriteLine("読み込んだデータ: " + Encoding.UTF8.GetString(loaded_data));
    }
}