实验一__古典密码算法.doc

一、实验目的 学习常见的古典密码学算法，通过编程实现替代密码算法和置换密码算法，加深对古典密码体制的了解，为深入学习密码学奠定基础。二、实验要求分析替代密码算法和置换密码算法的功能需求，详细设计实现替代密码算法和置换密码算法的数据结构和流程，给出测试用例和测试步骤，得出测试和结论。替代密码算法和置换密码算法的实现程序必须提供加密和解密两个接口：int encrypt()和int decrypt()。当加密或者解密成功时返回CRYPT_OK，失败时返回CRYPT_ERROR。三、实验原理 古典密码算法曾被广泛应用，大都比较简单，使用手工和机械操作来实现加密和解密。它的主要应用对象是文字信息，利用密码算法实现文字信息的加密和解密。下面介绍两种常见的具有代表性的古典密码算法，以帮助读者对密码算法建立一个初步的印象。1.替代密码 替代密码的原理是使用替代法进行加密，就是将明文由其它的字母、数字或符合所代替后形成密文。这里每个明文字母对应的密文字母可能是一个，也可能是多个。接收者对密文进行逆向替换即可得到明文。替代密码有五种表现形式：单表代替 即简单替代密码或者称为单字母代替，明文字母表中的一个字符对应密文字母表中的一个字符。这是所有加密中最简单的方法。 多名码代替 就是将明文字母表中的字符映射为密文字母表中的多个字符。多名码简单代替早在1401年就由DuchyMantua公司使用。在英文中，元音字母出现频率最高，降低对应密文字母出现频率的一种方法就是使用多名码，如e可能被密文5、13或25替代。 多音码代替就是将多个明文字符代替为一个密文字符。比如将字母“i” 和“j”对应为“K”，“v”和“w”代替为“L”最古老的这种多字母加密始见于1563年由波他的密写评价（De furtiois literarum notis）一书。 多表代替即由多个简单代替组成，也就是使用了两个或两个以上的代替表。比如使用有5个简单代替表的代替密码，明文的第一个字母用第一个代替表，第二个字母用第二个表，第三个字母用第三个表，以此类推，循环使用这五张代替表。多表代替密码由莱昂.巴蒂斯塔于1568年发明，著名的维吉尼亚密码和博福特密码均是多表代替密码。关于单表替代密码凯撒(Caesar)密码，又叫循环移位密码。它的加密方法就是将明文中的每个字母用字母表中该字母后的第R个字母来替换，达到加密的目的。它的加密过程可以表示为下面的函数：其中，为明文字母在字母表中的位置数；为字母表中的字母个数；为密钥； 为密文字母在字母表中对应的位置数。 例如：对于明文字母H，其在字母表中的位置数为8，设，则按照上式计算出来的密文为L，计算过程如下：置换密码 置换密码算法的原理是不改变明文字符，而是按照某一规则重新排列消息中的比特或字符顺序，才而实现明文信息的加密。置换密码有时又称为换位密码。 矩阵换位法是实现置换密码的一种常用方法。它将明文中的字母按照给定的顺序安排在一个矩阵中，然后用根据密钥提供的顺序重新组合矩阵中的字母，从而形成密文。例如，明文为attack begins at five，密钥为cipher，将明文按照每行6个字母的形式排在矩阵中，形成如下形式：根据密钥cipher中各个字母在字母表中出现的先后顺序，给定一个置换： 根据上面的置换，将原有居住中的字母按照第列、第裂、第裂、第裂、第列、第列的顺序排列，则有下面的形式：从而得到密文： 其解密过程是根据密钥的字母数作为列数，将密文按照列、行的顺序写出，再根据由 密钥给出的矩阵置换产生新的矩阵，从而恢复明文。四、实验所需仪器、设备、材料（试剂） 运行Windows或Linux操作系统的PC机，具有gcc（Linux）、VC（Windows）等C语言编译环境。5、 实验内容替代密码： 根据实验远离部分对替代密码算法的介绍，创建明文信息，并选择一个密钥k，编写替代密码算法的实现程序，实现加密和解密操作。替代密码包括多种类型，如单表替代密码、多明码替代密码、多字母替代密码、多表替代密码等。替代密码算法的远离是使用替代法进行加密，就是将明文的字符用其他字符替代后形成密文。例如字母a、b、c、d，用D、E、F、G做对应替换后形成密文。编辑代码如下：#include#include#include#define N 500int main() /*-*/ int i=0,k,m,n,l; char str1N,str2N; /*C=M+K.K is key.*/ clrscr(); /*-*/ printf(This is a code password program.n); printf(Please input proclaimed in writing(M):n); gets(str1);/*输入要加密的明文M*/ printf(Please input the key(K)(int):n); scanf(%d,&k);/*输入密钥K*/ m=strlen(str1);/*测试明文的长度*/ printf(The M length is %dn,m); printf(n *n *n *n*n *n); printf(ciphertext(C) is :nn); for(i=0;i96&n123)/*对小写进行加密*/ n=(n-97+k)%26; if(n64&n91)/*对大写进行加密*/ n=(n-65+k)%26; if(n0) n=26+n; l=(char)(n+97); printf(%c,l); str2i=l; str2i=0; /*-*/ printf(nnThe C length is %d,strlen(str2); printf(nn *n *n *n*n *n); printf(When the ciphertext is %s,nThe password program is.:nn,str2); m=strlen(str2); for(i=0;i96&n123)/*对小写进行解密*/ n=(n-97-k)%26; if(n64&n91)/*对大写进行解密*/ n=(n-65-k)%26; if(n0) n=26+n; l=(char)(n+97); printf(%c,l); str1i=0; getch(); return 0;运行结果：置换密码：根据实验原理部分对置换密码算法的介绍，自己创建明文信息，并选择一个密钥，编写置换密码算法的实现程序，实现加密和解密操作。 置换密码算法的原理是不改变明文字符，只将字符在明文中的排列顺序改变，从而实现明文信息的加密。置换密码有时又称为换位密码。矩阵换位法是实现置换密码的一种常用方法。它将明文中的字母按照给的顺序安排在一个矩阵中，然后用根据密钥提供的顺序重新组合矩阵中字母，从而形成密文。编辑代码如下：#include#include#include#define N 100int main() /*-*/ int i,j,lenK,lenM,m,n,temp; int TN; char KN,MN,CN,Temp1N,Temp2N,Temp3N; /*-*/ printf(This is a substitution cipher.n); printf(Please input the M:n);/*输入明文M*/ gets(M); printf(Please input the K:n);/*输入密钥K*/ gets(K); lenK=strlen(K); lenM=strlen(M);/*测设长度*/ m=lenM/lenK;/ n=lenK;/*定义矩阵的长和宽*/ for(i=0;ilenK;i+)/*对密钥进行数字排序*/ temp=0; for(j=0;jlenK;j+) if(int)Ki(int)Kj) temp+=1; Ti=lenK-temp; printf(%d ,Ti);/*输出各字符对应的数字顺序*/ /*-*/ printf(nnFirst.nn); for(i=0;im;i+)/*根据密钥将明文排列成矩阵*/ for(j=0;jn;j+) Temp1i*lenK+j=Mi*lenK+j; printf(%c ,Temp1i*lenK+j); printf(n); Temp1lenM=0; /*-*/ printf(nSecond.nn);/*进行第一次置换*/ for(i=0;ilenK;i+) for(j=0;jm;j+) Temp2j*lenK+i=Temp1j*lenK+Ti-1; Temp2lenM=0; for(i=0;im;i+) for(j=0;jlenK;j+) printf(%c ,Temp2i*lenK+j); printf(n); /*-*/ printf(nThird.nn);/*进行第二次置换*/ for(i=0;ilenK;i+) for(j=0;jm;j+) Temp3j*lenK+i=Temp2j*lenK+Ti-1; Temp3lenM=0; for(i=0;im;i+) for(j=0;jlenK;j+) printf(%c ,Temp3i*lenK+j); printf(n); /*-*/ printf(The substitution cipher is.n);/*输出结果*/ for(j=0;jlenK;j+) for(i=0;im;i+) printf(%c,Temp3i*lenK+j); return 0;运行结果六、思考题1、你所知道的古典密码