实验1-古典密码算法

实验1古典密码算法一、 实验目的通过编程实现替代密码算法和置换密码算法，加深对古典密码体系的了解，为以后深入学习密码学奠定基础。二、 实验原理古典密码算法曾被广泛应用，大都比较简单。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。其中替代密码和置换密码是具有代表性的两种古典密码算法。1、 替代密码 替代密码算法的原理是使用替代法进行加密，就是将明文中的字符用其他字符替代后形成密文。例如，明文字母a、b、c、d，用D、E、F、G做对应替换后形成密文。最早的替代密码是由Julius Caesar 发明的Caesar （恺撒）密码，又叫循环移位密码。它的加密过程可以表示为下面的函数： E(m) = (m+k ) mod n其中，m为明文字母在字母表中的位置数；n为字母表中的字母个数；k为密钥；E(m)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k=4，则按照上式计算出来的密文为L，计算过程如下： E(8) = (m+k ) mod n = (8+4 ) mod 26 = 12 = L解密算法是：m = D(L) =（L-k）mod 262、 置换密码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，然后又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： attack begins atfive根据密钥 cipher 中各字母在字母表中出现的先后顺序，得到给定的一个置换： f = 1 4 5 3 2 6因此有： 密钥： 145326 明文： attack begins atfive根据上面的置换，将原有矩阵中的字母按照第1列、第4列、第5列、第3列、第2列、第6列的顺序排列、则有下面的形式：aacttk binges aivfte从而得到密文：abatgftetcnvaiikse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。三、 实验环境PC机，C或C+编译环境四、 实验内容和步骤1、 替代算法：（1） 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。（2） 结果截图：（3） 流程图：开始创建明文信息输入密钥加密操作解密操作结束2、 置换算法（1） 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。（2） 实验截图：（3）开始创建明文信息输入密钥加密操作解密操作结束1、 回答问题：试分析两种密码算法的安全性，以及如何改进。替代密码中使用特定的公式将结果加密并得到结果，以此并加以加密和解密，算法比较简单。置换密码中使用二维数组对信息进行加密和解密，这中工作使信息安全性更好一些2、 本次实验的体会总结。了解古典密码算法并不代表能写出来程序，除了写程序要注意的各个细节，还要将脑海里的想法转化为流程图并用c语言实现。感觉做出的程序并不是很好，替代算法简单一点，置换算法花费了大量的时间，还只是勉强成功。意识到自己太弱，还需要付出更多的努力。替代密码：#include #include #include #include#define N 500 int main() int i=0,k,m,n,l; char str1N,str2N; /*C=M+K.K is key.*/ textbackground(RED);textcolor(LIGHTGREEN);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(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(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; 置换算法:#include #include #include#include #define N 100 int main() /*-*/ int i,j,lenK,lenM,m,n,temp; int TN; char KN,MN,CN,Temp1N,Temp2N,Temp3N;textbackground(GREEN);textcolor(RED); clrscr(); /*-*/ 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(