現(xiàn)代密碼學(xué)-古典密碼 實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、真誠(chéng)為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當(dāng)之處，請(qǐng)指正。現(xiàn)代密碼學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告院系：理學(xué)院班級(jí)：信安二班姓名：學(xué)號(hào)：前言 密碼學(xué)（Cryptology）是研究秘密通信的原理和破譯秘密信息的方法的一門學(xué)科。密碼學(xué)的基本技術(shù)就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一組可逆的數(shù)學(xué)變換，使未授權(quán)者不能理解它的真實(shí)含義。密碼學(xué)包括密碼編碼學(xué)（Cryptography）和密碼分析學(xué)（Cryptanalyst）兩個(gè)既對(duì)立又統(tǒng)一的主要分支學(xué)科。研究密碼變化的規(guī)律并用之于編制密碼以保護(hù)信息安全的科學(xué)，稱為密碼編碼學(xué)。研究密碼變化的規(guī)律并用之于密碼以獲取信息情報(bào)的科學(xué)，稱為密碼分析學(xué)，也叫密碼破譯學(xué)。 密碼學(xué)在信息安全中占有非常重要的地位，能夠?yàn)樾畔?/p>

2、安全提供關(guān)鍵理論與技術(shù)。密碼學(xué)是一門古老而深?yuàn)W的學(xué)問(wèn)，按其發(fā)展進(jìn)程，經(jīng)歷了古典密碼和現(xiàn)代密碼學(xué)兩個(gè)階段?，F(xiàn)代密碼學(xué)（Modern Cryptology）通常被歸類為理論數(shù)學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，主要以可靠的數(shù)學(xué)方法和理論為基礎(chǔ)，為保證信息的機(jī)密性、完整性、可認(rèn)證性、可控性、不可抵賴性等提供關(guān)鍵理論與技術(shù)。 古典密碼算法實(shí)驗(yàn)在密碼編碼體制中有兩種 基本也是 古老的編碼體制一直沿用至今，它們是代替密碼和置換密碼，其歷史悠久并且是現(xiàn)代密碼體制的基本組成部分，在密碼學(xué)中占有重要地位。古典密碼是密碼學(xué)發(fā)展的一個(gè)階段，也是近代密碼學(xué)產(chǎn)生的淵源，一般把 Shannon 在 1949 年發(fā)表“保密系統(tǒng)的通信理論”之

3、前的時(shí)期稱為古典密碼時(shí)期。盡管古典密碼大多比較簡(jiǎn)單，一般可用手工或機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)，且都可用統(tǒng)計(jì)分析方法破譯，目前已很少采用。但是，古典密碼所采用的代替技術(shù)和置換技術(shù)仍然是現(xiàn)代分組密碼算法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，了解它們的設(shè)計(jì)原理，有助于理解、設(shè)計(jì)和分析現(xiàn)代密碼。 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)經(jīng)典的代替密碼算法和置換密碼，包括移位密碼、維吉尼亞密碼、周期置換密碼、列置換密碼，加深對(duì)代替技術(shù)的了解，為現(xiàn)代分組密碼實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。 二、 實(shí)驗(yàn)原理 代替（Substitution）是古典密碼中 基本的處理技巧，就是將明文字母由其他字母表中的字母替換的一種方法。代替密碼（Substitution Cipher）就是使用

4、代替法進(jìn)行加解密的密碼算法。代替密碼的密鑰是一個(gè)替換表，它表示了明文字母與密文字母的對(duì)應(yīng)關(guān)系。加密時(shí)，通過(guò)查表，明文字母被逐個(gè)替換后，生成看似無(wú)任何意義的字母串，即密文。解密時(shí)，逆向使用替換表，將密文字母逐個(gè)替換為明文字母。 按照一個(gè)明文字母是否總是被一個(gè)固定的字母代替進(jìn)行劃分，代替密碼可分為兩類： （1） 單表代替密碼（Monoalphabetic Substitution Cipher）：明文中出現(xiàn)的同一個(gè)字母，不管它出現(xiàn)在什么位置，在加密時(shí)都用相同的字母來(lái)代替。移位密碼就是單表代替密碼。 （2） 多表代替密碼（Polyalphabetic Substitution Cipher）：明文中

5、出現(xiàn)的同一個(gè)字母，在加密時(shí)不是完全被相同的字母代替，而會(huì)根據(jù)其出現(xiàn)的位置次序用不同的字母代替。維吉利亞密碼就是多表代替密碼。 1 移位密碼 移位密碼（Shift Cipher）是一種典型的單表替代密碼，也稱為加法密碼。 移位密碼的加密方法就是將明文中的每個(gè)字母用其在字母表后面的第 k 個(gè)字母替代，它的加密過(guò)程可以表示為： c = (m + k) mod n其中，m 為明文字母在字母表中的位置數(shù)；n 為字母表中的字母總數(shù)；k 為密鑰；c 為密文字母在字母表中對(duì)應(yīng)的位置數(shù)。相應(yīng)的，移位密碼的解密過(guò)程可以表示為：m = (c - k) mod n實(shí)驗(yàn)代碼：#include<iostream&g

6、t;#include<math.h>using namespace std;/定義一些全局變量char str100; /用于存儲(chǔ)處理前字符串char enstr100; /用于存儲(chǔ)處理后字符串int num=0; /用于累計(jì)字符數(shù)量char * p; /用于指向處理字符串int key;/加密void encrypt()while(*p!='0') *p=(*p-97+key)%26+97;p+;cout<<”CRYPT_OK”<<endl;cout<<"加密后字符："<<str<<e

7、ndl<<endl;/解密void decrypt()while(*p!='0')*p=(*p-71-key)%26+97;p+;Cout<<”CRYPT_OK”<<endl;cout<<"解密后字符："<<str<<endl<<endl;void main()int ord;while(1)cout<<"1.加密n2.解密n3.退出"<<endl;p=str;cout<<"請(qǐng)選擇功能："cin>

8、;>ord;if(ord=1)cout<<"請(qǐng)輸入待處理字符串:"<<endl; cin>>str;p=str; cout<<"請(qǐng)輸入密鑰:" cin>>key;encrypt();if(ord=2) cout<<"請(qǐng)輸入待處理字符串:"<<endl; cin>>str;p=str; cout<<"請(qǐng)輸入密鑰:" cin>>key;decrypt();if(ord=3) break; 實(shí)驗(yàn)結(jié)

9、果： 2 維吉尼亞密碼 維吉尼亞密碼（Vigenere Cipher）是一種多表代替密碼，其本質(zhì)是周期移位密碼。 維吉尼亞密碼的（用戶）密鑰為一含有 d 個(gè)字母的有限字母序列 k = k0k1kd-1加密時(shí)，首先將用戶密鑰進(jìn)行周期擴(kuò)展（周期為 d），擴(kuò)展后的無(wú)限字母序列稱為工作密鑰，記為 K = K0K1Ki 其中 Ki = Ki mod d ，i=0,1, 當(dāng) d=1 時(shí)，維吉尼亞密碼就是移位密碼。對(duì)于含有 l 個(gè)字母的明文，維吉尼亞加密過(guò)程可以表示為： ci = (miKi ) mod n其中，M = m0m1miml-1 為明文，C = c0c1cicl-1 為密文，K = K0K1Ki

10、Kl-1 為工作鑰， n 為明文字母表的長(zhǎng)度，l 為明文長(zhǎng)度（含有字母的數(shù)目）。 例如，使用用戶鑰 cat，對(duì)明文“vigenere cipher” 進(jìn)行維吉尼亞加密。此時(shí)，n=26（對(duì)應(yīng)英文字母表），用戶鑰 c=3、a=0、t=19，得到的密文為“xizgnxtevkpagr”。實(shí)驗(yàn)代碼： #include<iostream>using namespace std;int main()while(1)char choice;cout<<endl<<"-維吉尼亞加密解密-"<<endl;cout<<"輸入

11、1進(jìn)行加密，輸入2進(jìn)行解密，輸入3退出"<<endl;cin>>choice;if(choice='1')char arra100="",arrb100="",arrc100=""int i=0;char a,b,c;cout<<"請(qǐng)輸入明文："cin>>arrb;cout<<"請(qǐng)輸入密鑰："cin>>arra;int an=strlen(arra);int bn=strlen(arrb);if(a

12、n<bn)for(i=an;i<bn;i+)arrai=arrai%an;for(i=0;i<bn;i+)a=arrai;b=arrbi;c=a+b-97;if(c>90)c=char(64+c%90);arrci=c;elsearrci=char(c);cout<<"加密后密文為："for(i=0;i<strlen(arrc);i+)cout<<arrci;else if(choice='2')char arra100="",arrb100="",arrc100=

13、""int i=0;char a,b,c;cout<<"請(qǐng)輸入密文："cin>>arrc;cout<<"請(qǐng)輸入密鑰："cin>>arra;/cout<<sizeof(arra)<<endl;/cout<<strlen(arra);int an=strlen(arra);int cn=strlen(arrc);if(an<cn)for(i=an;i<cn;i+)arrai=arrai%an;for(i=0;i<cn;i+)c=arrci

14、;a=arrai;b=c-a+97;if(b<97) b=b+26; arrbi=char(b); else arrbi=char(b);cout<<"解密后明文為："for(i=0;i<strlen(arrb);i+)cout<<arrbi;else if(choice='3')return 0;elsecout<<endl<<"error，輸入不符！"<<endl;實(shí)驗(yàn)結(jié)果：3 列置換密碼 列置換密碼也稱為矩陣置換密碼。其加解密方法如下：把明文字符以固定的寬度 m

15、(分組長(zhǎng)度)水平地(按行)寫(xiě)在一張紙上，按 1,2,m 的一個(gè)置換交換列的位置次序，再按垂直方向(即按列)讀出即得密文。解密就是將密文按相同的寬度 m 垂直在寫(xiě)在紙上，按置換的逆置換 1 交換列的位置次序，然后水平地讀出得到明文。置換就是密鑰。實(shí)驗(yàn)代碼：主函數(shù)main();#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>#include <ctype.h>int main(int argc)char *str1,*key,*str3,c; str1=(char *)malloc(50

16、0); key=(char *)malloc(500); str3=(char *)malloc(500);printf("Column permutation cipher Encryption & Decryptionn-n Please select which type n E:Encriptionn D:Decriptionn Q:Quitn-n"); c=getchar();while(c!='q'&&c!='Q')if(c='E'|c='e')getchar(); prin

17、tf("Please input the plaintext:n"); gets(str1); printf("Please input the Encrption Key:n"); gets(key);printf("The cipher is:n"); Encryption(str1,key);printf("Column permutation cipher Encryption & Decryptionn-n Please select which type n E:Encriptionn D:Decript

18、ionn Q:Quitn-n");c=getchar();else getchar();printf("Please input the Decryption Key:n");gets(key);printf("Please input the ciphertext:n"); gets(str3); printf("The plaintext is:n"); Decryption(key,str3);printf("Column permutation cipher Encryption & Decrypt

19、ionn-n Please select which type n E:Encriptionn D:Decriptionn Q:Quitn-n");c=getchar();free(str1);free(key);free(str3);return 0;加密函數(shù)：void Encryption(char str1,char key)int i,j;char num300;int plen=strlen(str1);int len=strlen(key);for(i=0;i<len;i+)numi=1;for(j=0;j<len;j+)if(keyj<keyi)numi+;for(j=0;j<