密码学实验报告.docx

密码学实验报告姓名 杨帆 学号 13113424实验一 caesar密码实验目的：掌握caesar密码加密解密原理，并利用vc+编程实现。实验内容：caesar密码的加密原理是对明文加上一个密钥（偏移值）而得到密文。假设密钥为3，那么字母“a”对应的ascii码为97，加上3得100正好是字母“d”的ascii码值，实验说明:加密实现的两种方式，只限定英文字母（区分大小写），加密时，根据明文字符是小（大）写字母，采用加密运算：密文字符=“a”或“a”+（明文字符-“a”或“a”+password%26+26）%26如果输入其他字符，则直接原样输出，不作处理可以是任意字符加密时，我们不做任何区分，直接利用caesar密码算法密文字符=明文字符+password 解密反之。实验结果：void ccaesardlg:onbutton1() /加密按钮 updatedata(true); /从界面上的输入的值传入成员变量 m_crypt=m_plaintxt; /密文进行初始化，它与明文的长度是相同的 for(int i=0;i=48&m_plaintxt.getat(i)=65&m_plaintxt.getat(i)=90) /如果输入的是大写字符 m_crypt.setat(i,a+(m_plaintxt.getat(i)-a+m_password % 26+26)%26); /输出密文 updatedata(false); /成员变量更新后的值传给界面 else if(m_plaintxt.getat(i)=97) /如果输入的字符是小写字母 m_crypt.setat(i,a+(m_plaintxt.getat(i)-a+m_password%26+26)%26);/密文输出updatedata(false); else m_crypt.setat(i,m_plaintxt.getat(i); /其他的字符按照原样输出updatedata(false); void ccaesardlg:onbutton2() /解密按钮 updatedata(true); m_decrypt=m_crypt; /明文解进行初始化，等于密文的长度 for(int i=0;i=48&m_plaintxt.getat(i)=65&m_plaintxt.getat(i)=90) m_decrypt.setat(i,a+(m_crypt.getat(i)-a-m_password % 26+26)%26); updatedata(false); else if(m_plaintxt.getat(i)=97) m_decrypt.setat(i,a+(m_crypt.getat(i)-a-m_password%26+26)%26);updatedata(false); else m_decrypt.setat(i,m_crypt.getat(i); /其他字符原样输出updatedata(false); 分析：1、如果代码写为if/大写if/小写 if/数字else/(符号)那么大写字母经过加密（秘钥26时），执行第一个if后，程序会不会执行第二第三个if，但是会执行else，所以大写字母经过加密，会变成符号。因此应将代码改为 if else if elseif else。2、updatedata(false); 只要放在代码最后就可以，所有成员变量的值更新之后传到界面。不用每判断一次就将数据传到界面。3、注意初始化密文和明文解，这样程序才能运行。实验二 des实验目的：掌握des密码加密解密原理，并利用vc+编程实现。实验内容：利用des加密算法，实现实验内容:加密实现的hi this is chapter字串的加密，并同时解密。实验说明： 基本原理：其入口参数有三个:key、data、mode。key为加密解密使用的密钥，data为加密des算法结构des算法结构解密的数据，mode为其工作模式。当模式为加密模式时，明文按照64位进行分组，形成明文组，key用于对数据加密，当模式为解密模式时，key用于对数据解密。实际运用中，密钥只用到了64位中的56位，这样才具有高的安全性。置换规则：功能是把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为l0、r0两部分，每部分各长32位，其置换规则见下表:58,50,42,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,57,49,41,33,25,17,9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,61,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7,即将输入的第58位换到第一位，第50位换到第2位，.，依此类推，最后一位是原来的第7位。l0、r0则是换位输出后的两部分，l0是输出的左32位，r0 是右32位，例:设置换前的输入值为d1d2d3.d64，则经过初始置换后的结果为:l0=d58d50.d8;r0=d57d49.d7。经过16次迭代运算后。得到l16、r16，将此作为输入，进行逆置换，即得到密文输出。逆置换正好是初始置换的逆运算。例如，第1位经过初始置换后，处于第40位，而通过逆置换，又将第40位换回到第1位，其逆置换规则如下表所示:40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,31,38,6,46,14,54,22,62,30,37,5,45,13,53,21,61,29,36,4,44,12,52,20,60,28,35,3,43,11,51,19,59,27,34,2,42,10,50,18,58 26,33,1,41,9,49,17,57,25,放大换位表 32,1,2,3,4,5,4,5,6,7,8,9,8,9,10,11,12,13,12,13,14,15,16,17,16,17,18,19,20,21,20,21,22,23,24,25,24,25,26,27,28,29,28,29,30,31,32,1,单纯换位表(p盒置换表) 折叠16,7,20,21,29,12,28,17,1,15,23,26,5,18,31,10,2,8,24,14,32,27,3,9,19,13,30,6,22,11,4,25,功能表(s盒) 在f(ri,ki)算法描述图中，s1,s2.s8为选择函数，其功能是把48bit数据变为32bit数据。下面给出选择函数si(i=1,2.8)的功能表:选择函数sis1:14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7,0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8,4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0,15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13,s2:15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10,3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5,0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15,13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9,s3:10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8,13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1,13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7,1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12,s4:7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15,13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9,10,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,4,3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14,s5:2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,9,14,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9,8,6,4,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,14,11,8,12,7,1,14,2,13,6,15,0,9,10,4,5,3,s6:12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11,10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8,9,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,6,4,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13,s7:4,11,2,14,15,0,8,13,3,12,9,7,5,10,6,1,13,0,11,7,4,9,1,10,14,3,5,12,2,15,8,6,1,4,11,13,12,3,7,14,10,15,6,8,0,5,9,2,6,11,13,8,1,4,10,7,9,5,0,15,14,2,3,12,s8:13,2,8,4,6,15,11,1,10,9,3,14,5,0,12,7,1,15,13,8,10,3,7,4,12,5,6,11,0,14,9,2,7,11,4,1,9,12,14,2,0,6,10,13,15,3,5,8,2,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11,在此以s1为例说明其功能，我们可以看到:在s1中，共有4行数据，命名为0，1、2、3行;每行有16列，命名为0、1、2、3，.，14、15列。现设输入为:d=d1d2d3d4d5d6令:列=d2d3d4d5行=d1d6然后在s1表中查得对应的数，以4位二进制表示，此即为选择函数s1的输出。下面给出子密钥ki(48bit)的生成算法子密钥的生成算法 从子密钥ki的生成算法描述图中我们可以看到:初始key值为64位，但des算法des算法des算法规定，其中第8、16、.64位是奇偶校验位，不参与des运算。故key 实际可用位数便只有56位。即:经过缩小选择换位表1的变换后，key 的位数由64 位变成了56位，此56位分为c0、d0两部分，各28位，然后分别进行第1次循环左移，得到c1、d1，将c1(28位)、d1(28位)合并得到56位，再经过缩小选择换位2，从而便得到了密钥k0(48位)。依此类推，便可得到k1、k2、.、k15，不过需要注意的是，16次循环左移对应的左移位数要依据下述规则进行:循环左移位数 1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1以上介绍了des算法的加密过程。des算法的解密过程是一样的，区别仅仅在于第一次迭代时用子密钥k15，第二次k14、.，最后一次用k0，算法本身并没有任何变化。实验结果：#include stdafx.h#include 13113424_yf.h#include 13113424_yfdlg.h#include #include #ifdef _debug#define new debug_new#undef this_filestatic char this_file = _file_;#endifconst char ip_table64= 58,50,42,34,26,18,10, 2,60,52,44,36,28,20,12, 4, /置换ip62,54,46,38,30,22,14, 6,64,56,48,40,32,24,16, 8,57,49,41,33,25,17, 9, 1,59,51,43,35,27,19,11, 3,61,53,45,37,29,21,13, 5,63,55,47,39,31,23,15, 7 ;const char ipr_table64= 40, 8,48,16,56,24,64,32,39, 7,47,15,55,23,63,31, /逆置换ip38, 6,46,14,54,22,62,30,37, 5,45,13,53,21,61,29,36, 4,44,12,52,20,60,28,35, 3,43,11,51,19,59,27,34, 2,42,10,50,18,58,26,33, 1,41, 9,49,17,57,25;static char e_table48= /扩展e变换32, 1, 2, 3, 4, 5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 8, 9,10,11,12,13,12,13,14,15,16,17, 16,17,18,19,20,21,20,21,22,23,24,25, 24,25,26,27,28,29,28,29,30,31,32, 1;static char pc1_table56=57,49,41,33,25,17, 9, 1,58,50,42,34,26,18, /拣选变换pc-110, 2,59,51,43,35,27,19,11, 3,60,52,44,36,63,55,47,39,31,23,15, 7,62,54,46,38,30,22,14, 6,61,53,45,37,29,21,13, 5,28,20,12, 4;static char move_table16= /变换左移ls 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1; static char pc2_table48=14,17,11,24, 1, 5, 3,28,15, 6,21,10, /拣选变换pc-223,19,12, 4,26, 8,16, 7,27,20,13, 2,41,52,31,37,47,55,30,40,51,34,33,48,44,49,39,56,34,53,46,42,50,36,29,32; static char s_box8416= /8个s-盒置换表14, 4,13, 1, 2,15,11, 8, 3,10, 6,12, 5, 9, 0, 7, 0,15, 7, 4,14, 2,13, 1,10, 6,12,11, 9, 5, 3, 8, 4, 1,14, 8,13, 6, 2,11,15,12, 9, 7, 3,10, 5, 0,15,12, 8, 2, 4, 9, 1, 7, 5,11, 3,14,10, 0, 6,13,15, 1, 8,14, 6,11, 3, 4, 9, 7, 2,13,12, 0, 5,10, 3,13, 4, 7,15, 2, 8,14,12, 0, 1,10, 6, 9,11, 5, 0,14, 7,11,10, 4,13, 1, 5, 8,12, 6, 9, 3, 2,15,13, 8,10, 1, 3,15, 4, 2,11, 6, 7,12, 0, 5,14, 9,10, 0, 9,14, 6, 3,15, 5, 1,13,12, 7,11, 4, 2, 8,13, 7, 0, 9, 3, 4, 6,10, 2, 8, 5,14,12,11,15, 1,13, 6, 4, 9, 8,15, 3, 0,11, 1, 2,12, 5,10,14, 7, 1,10,13, 0, 6, 9, 8, 7, 4,15,14, 3,11, 5, 2,12, 7,13,14, 3, 0, 6, 9,10, 1, 2, 8, 5,11,12, 4,15,13, 8,11, 5, 6,15, 0, 3, 4, 7, 2,12, 1,10,14, 9,10, 6, 9, 0,12,11, 7,13,15, 1, 3,14, 5, 2, 8, 4, 3,15, 0, 6,10, 1,13, 8, 9, 4, 5,11,12, 7, 2,14, 2,12, 4, 1, 7,10,11, 6, 8, 5, 3,15,13, 0,14, 9,14,11, 2,12, 4, 7,13, 1, 5, 0,15,10, 3, 9, 8, 6, 4, 2, 1,11,10,13, 7, 8,15, 9,12, 5, 6, 3, 0,14,11, 8,12, 7, 1,14, 2,13, 6,15, 0, 9,10, 4, 5, 3,12, 1,10,15, 9, 2, 6, 8, 0,13, 3, 4,14, 7, 5,11,10,15, 4, 2, 7,12, 0, 5, 6, 1,13,14, 0,11, 3, 8, 9,14,15, 5, 2, 8,12, 3, 7, 0, 4,10, 1,13,11, 6, 4, 3, 2,12, 9, 5,15,10,11,14, 1, 7, 6, 0, 8,13, 4,11, 2,14,15, 0, 8,13, 3,12, 9, 7, 5,10, 6, 1,13, 0,11, 7, 4, 0, 1,10,14, 3, 5,12, 2,15, 8, 6, 1, 4,11,13,12, 3, 7,14,10,15, 6, 8, 0, 5, 9, 2, 6,11,13, 8, 1, 4,10, 7, 9, 5, 0,15,14, 2, 3,12,13, 2, 8, 4, 6,15,11, 1,10, 9, 3,14, 5, 0,12, 7, 1,15,13, 8,10, 3, 7, 4,12, 5, 6,11, 0,14, 9, 2, 7,11, 4, 1, 9,12,14, 2, 0, 6,10,13,15, 3, 5, 8, 2, 1,14, 7, 4,10, 8,13,15,12, 9, 0, 3, 5, 6,11;static char p_table32= /p-盒矩阵16, 7,20,21,29,12,28,17, 1,15,23,26, 5,18,31,10, 2, 8,24,14,32,27, 3, 9,19,13,30, 6,22,11, 4,25;static bool subkey1648=0;void bitscopy(bool *datout,bool *datin,int len) int i=0;for(i=0;ilen;i+)datouti=datini;void bytetobit(bool *datout,char *datin,int num) int i=0;for(i=0;i(i%8)&0x01; void bittobyte(char *datout,bool *datin,int num) int i=0;for(i=0;i(num/8);i+)datouti=0; for(i=0;inum;i+)datouti/8|=datini(i%8);/初始置换ipvoid tablepermute(bool *datout,bool *datin,const char *table,int num) int i=0;static bool temp256=0;for(i=0;inum;i+) / num为置换的长度 tempi=datintablei-1; / 原来的数据按对应的表上的位置排列 bitscopy(datout,temp,num); / 把缓存temp的值输出 / 子密钥的移位void loopmove(bool *datin,int len,int num) / 循环左移 len数据长度 num移动位数static bool temp256=0; / 缓存 okbitscopy(temp,datin,num); / 将数据最左边的num位(被移出去的)存入temp bitscopy(datin,datin+num,len-num); / 将数据左边开始的第num移入原来的空间bitscopy(datin+len-num,temp,num); / 将缓存中移出去的数据加到最右边 / 按位异或void xor(bool *data,bool *datb,int num) / 异或函数int i=0;for(i=0;inum;i+)datai=dataidatbi; / 异或 / 输入48位 输出32位 与ri异或void s_change(bool datout32,bool datin48) / s盒变换int i,x,y; / i为8个s盒 for(i=0,y=0,x=0;i8;i+,datin+=6,datout+=4) / 每执行一次,输入数据偏移6位 / 每执行一次,输出数据偏移4位y=(datin01)+datin5; / af代表第几行x=(datin13)+(datin22)+(datin31)+datin4; / bcde代表第几列bytetobit(datout,&s_boxiyx,4); / 把找到的点数据换为二进制/ f函数void f_change(bool datin32,bool datki48) / f函数static bool mir48=0; / 输入32位通过e选位变为48位tablepermute(mir,datin,e_table,48); xor(mir,datki,48); / 和子密钥异或s_change(datin,mir); / s盒变换tablepermute(datin,datin,p_table,32); / p置换后输出void setkey(char keyin8) / 获取子密钥ki int i=0;static bool keybit64=0; / 密钥二进制存储空间 static bool *kil=&keybit0,*kir=&keybit28; / 前28,后28共56bytetobit(keybit,keyin,64); / 把密钥转为二进制存入keybit tablepermute(keybit,keybit,pc1_table,56); / pc1表置换for(i=0;i16;i+) loopmove(kil,28,move_tablei); / 左移 loopmove(kir,28,move_tablei); tablepermute(subkeyi,keybit,pc2_table,48); / 二维数组 subkeyi为每一行起始地址 / 每移一次位进行pc2置换得 ki 48位 void playdes(bool mesout64,char mesin8) / des加密 int i=0;static bool mesbit64=0; / 明文二进制存储空间 64位static bool temp32=0;static bool *mil=&mesbit0,*mir=&mesbit32;bytetobit(mesbit,mesin,64); / 把明文换成二进制存入mesbittablepermute(mesbit,mesbit,ip_table,64); for(i=0;i=0;i-)bitscopy(temp,mil,32);f_change(mil,subkeyi);xor(mil,mir,32);bitscopy(mir,temp,32);tablepermute(mesbit,mesbit,ipr_table,64);bittobyte(mesout,mesbit,64); char mykey200=0; /密钥 char mymessage200=0; /明文 bool meshex64=0; /用来储存密文的64位2进制代码 void cmy13113424_yfdlg:onbutton1() updatedata(true);int i,j;for(i = 0;i m_key.getlength();i+)mykeyi = m_key.getat(i);setkey(mykey); char str9; m_miwen = m_mingwen; int m=m_mingwen.getlength(); int t=0;for(i = 0;i m_mingwen.getlength();i+=8) memset(str,0,sizeof(str); for (j=i;ji+8&jm;j+) strj-i=m_mingwen.getat(j); playdes(meshex,str); for (int i=0;i64;i+) m_miwen+=meshexi+0;updatedata(false);void cmy13113424_yfdlg:onbutton2() updatedata(true);int i,j;/kickdes(mymessage,meshex); /解密到mymessage中 int m=m_miwen.getlength(); char str9;bool ss64;for(i = 0;i m;i+=64) memset(str,0,sizeof(str); for (j=i;ji+64;j+)ssj-i=m_miwen.getat(j)-0; kickdes(str,ss);for (int j=0;j8;j+) m_mingwen_pro+=strj;updatedata(false);分析:分析：1、圈函数32比特扩展为48比特，与密钥进行异或之后变为32比特。2、密钥扩展 pc-1从64比特中选出56比特的密钥k并调整比特次序。分成左右两部分，对28比特串循环左移。pc-2从56比特中拣选48 比特的变换，48bit作为子密钥。密钥最后要进行16轮迭代，算出结果。3、进行编译的时候，输入明文之后，密文出现的是空格，明文解是原来的明文。遇到这个问题完全不知道如何处理，在和同学沟通之后，找到了方法。将明文的每一个字符取出来，放入加密算法中进行运算，最后将密文输出到界面中。具体通过下面代码实现: for(i = 0;i m_mingwen.getlength();i+=8) memset(str,0,sizeof(str); for (j=i;ji+8&jm;j+) strj-i=m_mingwen.getat(j); playdes(meshex,str); for (int i=0;i64;i+) m_miwen+=meshexi+0;实验三 rsa实验目的：掌握rsa密码加解密原理，并利用vc+编写实现rsa加解密程序。实验内容：利用rsa加密算法实现，hi,this is chapter的加密和解密程序。实验说明: 1、找两素数p和q取n=p*q取t=(p-1)*(q-1)取任何一个数e,要求满足et并且e与t互素（就是最大公因数为1）取d*e%t=1这样最终得到三个数： n d e设消息为数m (m n)设c=(m*d)%n就得到了加密后的消息c设m=(c*e)%n则 m = m，从而完成对c的解密。注：*表示次方,上面两式中的d和e可以互换。在对称加密中：n d两个数构成公钥，可以告诉别人；n e两个数构成私钥，e自己保留，不让任何人知道。给别人发送的信息使用e加密，只要别人能用d解开就证明信息是由你发送的，构成了签名机制。别人给你发送信息时使用d加密，这样只有拥有e的你能够对其解密。rsa的安全性在于对于一个大数n，没有有效的方法能够将其分解从而在已知n d的情况下无法获得e；同样在已知n e的情况下无法求得d。2、将明文p（假设p是一个小于n的整数）加密为密文c，计算方法：c=(pe) mod n。3、将密文c解密为明文p，计算方法为：p=cd mod n。然而只根据n和e（不是p和q）要计算出d是不可能的。因此，任何人都可以对明文进行加密，但只有授权用户(知道d)才可以对密文解密。设计过程 第一步，选择大素数p,q： p和q是互异素数第二步，计算： n=p*q第三步，计算： (n)=(p-1)*(q-1)第四步，选择整数e： gcd(n),e=1;1e(n)第五步，计算d: d=e-1 mod (n)第六步，公开密钥： ku=e,n第七步，私有密钥： kr=d,n主要数据结构 int isprime(int x) /素性检测，素数返回1，非素数返回0.int flag=1;for(int i=2;i*i=x;i+)if(x%i=0) flag=0;break;return flag;int getcommondivisor(int m,int n) /求两数的最大公约数int a,b,t;if(mn)t=m;m=n;n=t; a=m;b=n;while(b!=0)t=a%b;a=b;b=t;return a;int get_e(int len) /求eint coprime_number=1;for(int i=2;ilen;i+)if(getcommondivisor(len,i)=1)coprime_number=i;break;return coprime_number;int get_d(int y,int z) /求dint d,z;z=1;while(z%y!=0)z+=z;d=z/y;return d;int jiami(int m,int n,int d) /加密int c;c=1;for(int i=0;id;i+)c=c*m%n;return c;int jiemi(int c,int n,int e) /解密int m;m=1;for(int i=0;ie;i+)m=m*c%n;return m;实验结果: #include stdafx.h#include 242.h#include 242dlg.h#define random(x) (rand()%x)#ifdef _debug#define new debug_new#undef this_filestatic char this_file = _file_;#endifint p,q,n,e,d,t,m,m,c;int isprime(int x) /素性检测，素数返回1，非素数返回0.int flag=1;/是素数赋值为1for(int i=2;i*i=x;i+)if(x%i=0) /如果不是素数flag=