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

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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(mén)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

2、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踩峁╆P(guān)鍵理論與技術(shù)。密碼學(xué)是一門(mén)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(lèi)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

3、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（Substitu

4、tion）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(lèi)： （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

5、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

6、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 #include using namespace std; //定義一些全局變量 char str[100]; //用于存儲(chǔ)處理前字符串 char enstr[100]; //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

7、密 void encrypt() { while(*p!='\0') { *p=(*p-97+key)%26+97; p++; } cout<<”CRYPT_OK”<

8、 main() { int ord; while(1) { cout<<"1.加密\n2.解密\n3.退出"<>ord; if(ord==1) { cout<<"請(qǐng)輸入待處理字符串:"<>str; p=str; cout<<"請(qǐng)輸入密鑰:"; cin>>key; encrypt(); } if(ord==2) { cout<<"請(qǐng)

9、輸入待處理字符串:"<>str; p=str; cout<<"請(qǐng)輸入密鑰:"; cin>>key; decrypt(); } if(ord==3) break; } } 實(shí)驗(yàn)結(jié)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 = k0k1…kd-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

10、 K = K0K1…Ki… 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 = (mi＋Ki ) mod n 其中，M = m0m1…mi…ml-1 為明文，C = c0c1…ci…cl-1 為密文，K = K0K1…Ki…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

11、文為“xizgnxtevkpagr”。 實(shí)驗(yàn)代碼： #include using namespace std; int main() { while(1) { char choice; cout<>choice; if(choice=='1') { char arra[100]="",arrb[100]="",arrc[100]=""

12、; 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(an90)

13、{ c=char(64+c%90); arrc[i]=c; } else arrc[i]=char(c); } cout<<"加密后密文為："; for(i=0;i>arrc; cout<<"請(qǐng)輸

14、入密鑰："; cin>>arra; //cout<

15、 arrb[i]=char(b); } else arrb[i]=char(b); } cout<<"解密后明文為："; for(i=0;i

16、行)寫(xiě)在一張紙上，按 1,2,…,m 的一個(gè)置換π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π的逆置換π ?1 交換列的位置次序，然后水平地讀出得到明文。置換π就是密鑰。 實(shí)驗(yàn)代碼： 主函數(shù)main(); #include #include #include #include int main(int argc) { char *str1,*key,*str3,c; str1=(char *)malloc(500)

17、; key=(char *)malloc(500); str3=(char *)malloc(500); printf("Column permutation cipher Encryption & Decryption\n----------------------------\n Please select which type \n E:Encription\n D:Decription\n Q:Quit\n----------------------------\n"); c=getchar(); while(c!='q'&&c!='Q') { i

18、f(c=='E'||c=='e') { getchar(); printf("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 & Decryption\n------------------

19、----------\n Please select which type \n E:Encription\n D:Decription\n Q:Quit\n----------------------------\n"); c=getchar(); } else { getchar(); printf("Please input the Decryption Key:\n"); gets(key); printf("Please input the ciphertext:\n"); gets(str3); prin

20、tf("The plaintext is:\n"); Decryption(key,str3); printf("Column permutation cipher Encryption & Decryption\n----------------------------\n Please select which type \n E:Encription\n D:Decription\n Q:Quit\n----------------------------\n"); c=getchar(); free(str1); free(key); f

21、ree(str3); } } return 0; } 加密函數(shù)： void Encryption(char str1[],char key[]) { int i,j; char num[300]; int plen=strlen(str1); int len=strlen(key); for(i=0;i

22、] == key[i]) num[i]=num[i]+1; } } printf("\n"); for(i=0;i

23、3[]) { int i,j; char num[500]; char cnum[500]; int clen=strlen(str3); int len=strlen(key); for(i=0;i

24、;i