数字图像处理实验、《数字图像处理》形态学图像处理MatLab、计算机安全基础

学生实验报告书实验课程数字图像处理学院信息工程学院班级信息sy1001姓名指导教师聂明新学号

实验一图像增强实验一、实验目的1、掌握灰度直方图的概念及其计算方法；2、掌握基本的图象增强方法，观察图象增强的效果，加深对灰度直方图的理解;3、掌握直方图均衡化原理;4、利用MATLAB程序进行图像增强.二、实验原理图像增强是按指定的需要突出一幅图像中的某些信息，同时，消弱或去除某些不需要的信息的处理方法。其主要目的是处理后的图像对某些特定的应用比原来的图像更加有效。图像增强技术主要有直方图修正处理，图像平滑化处理，图像尖锐化处理等。本实验以灰度变换，直方图均衡化增强图像对比度的方法为主要内容。1.直方图是图像的最基本的统计特征，它反应的是图像的灰度值的分布情况。图像的直方图事实上就是图像的亮度分布的概率密度函数，是一幅图像的所有像素集合的最基本的统计规律。直方图反映了图像的明暗分布规律，可以通过图像变换进行直方图调整，获得较好的的视觉效果。2.直方图均衡化是通过灰度变换将一幅图像转换为另一幅具有均衡直方图，即每个灰度级上都具有相同像素点数的过程。直方图均衡化的目的是使图像在整个灰度值动态变化范围内的分布均匀化，改善图像的亮度分布状态，增强图像的视觉效果。3.灰度线性变换是图像增强的重要手段之一，它可使图像动态范围加大，使图像对比度扩展，图像更加清晰，特征更加明显原图像f(m,n)的灰度范围[a,b]线形变换为图像g(m,n),灰度范围[a’,b’]公式：g(m,n)=a’+(b’-a’)*f(m,n)/(b-a三、实验内容1.计算出一幅灰度图象的直方图；2.对灰度图像进行简单的灰度线形变换原图像f(m,n)的灰度范围[a,b]；线形变换为图像g(m,n),灰度范围[a’,b’]；公式：g(m,n)=a’+(b’-a’)*f(m,n)/(b-a)3.图像二值化（选取一个域值，将图像变为黑白图像）4.利用直方图均衡化进行图像增强实验图像：Cameraman.bmp、四、实验结果及分析1.计算出一幅灰度图象的直方图；分析：灰度直方图（histogram）是灰度级的函数，它表示图象中具有每种灰度级的象素的个数，反映图象中每种灰度出现的频率。灰度直方图的横坐标是灰度级，纵坐标是该灰度级出现的频率，是图象的最基本的统计特征。2.对灰度图像进行简单的灰度线形变换3.图像二值化4.利用直方图均衡化进行图像增强分析：直方图后，直方图被拉开，变得较为平直、均匀。这样，原本比较暗无法分辨的区域也能很好地分辨出来。

实验二图像变换实验一、实验目的1、了解图像变换的意义和手段；2、熟练掌握FFT变换及其应用；3、了解图像离散余弦变换和逆变换的原理及应用；4、通过本实验掌握利用MATLAB编程实现数字图像的傅立叶变换和离散余弦变换。二、实验原理1、应用傅立叶变换进行图像处理傅里叶变换是线性系统分析的一个有力工具，它能够定量地分析诸如数字化系统、采样点、电子放大器、卷积滤波器、噪音和显示点等的作用。通过实验培养这项技能，将有助于解决大多数图像处理问题。2、傅立叶（Fourier）变换的定义二维Fourier变换和二维离散傅立叶变换为：

图像的傅立叶变换与一维信号的傅立叶变换变换一样，有快速算法，具体参见相关书目，有关傅立叶变换的快速算法的程序不难找到。实际上，现在有实现傅立叶变换的芯片，可以实时实现傅立叶变换。2．离散余弦变换离散余弦变换的变换核为余弦函数，计算速度快，有利于图像压缩和其他处理。在大多数情况下，DCT主要用于图像的压缩操作中，静态图像压缩标准JPEG就是采用的DCT变换。二维离散余弦变换的正反变换为：三、实验内容1、傅里叶变换熟悉其概念和原理,实现对一幅灰度图像的快速傅立叶变换,并求其变换后的系数（幅度）分布。2、DCT变换熟悉其概念和原理,实现对一幅图像做离散余弦变换,选择适当的DCT系数阈值对其进行DCT反变换。四、实验结果及分析1、傅里叶变换2、DCT变换分析：通过 DCT反变换重构的图像，看上去有点模糊，失真明显

实验三图像分割实验一、实验目的1、理解和掌握图像边缘检测和图像阈值分割的典型算法。2、能用Matlab编写程序实现图像边缘检测和图像阈值分割。3、观察图像分割的效果二、实验原理1.边缘检测：图象的边缘是指图象局部区域亮度变化显著的部分，该区域的灰度剖面一般可以看作是一个阶跃，既从一个灰度值在很小的缓冲区域内急剧变化到另一个灰度相差较大的灰度值。图象的边缘部分集中了图象的大部分信息，图象边缘的确定与提取对于整个图象场景的识别与理解是非常重要的，同时也是图象分割所依赖的重要特征，边缘检测主要是图象的灰度变化的度量、检测和定位。2.灰度阈值分割即是先确定一个处于图像灰度取值范围内的灰度阈值，然后将图像中各个像素的灰度值与这个阈值相比较：划分成像素灰度大于阈值的一类和小于阈值的一类。3.双峰法的原理及其简单：它认为图像由前景和背景组成，在灰度直方图上，前后二景都形成高峰，在双峰之间的最低谷处就是图像的阈值所在实验内容1、边缘检测分别用sobel、Laplacian-Gaussian方法对一幅灰度图像进行边缘提取，给出对比结果；2、灰度阀值分割利用双峰法对一幅灰度图像进行灰度分割处理。四、实验结果及分析1、边缘检测分析：Sobel算子并没有将图像的主题与背景严格地区分开来，即Sobel算子并没有基于图像灰度进行处理，所以提取的图像轮廓有时并不能令人满意。Laplacian-Gaussian算子边缘的细节比较丰富，它比sober算子边缘更完整，效果更好2、灰度阀值分割分析：双峰法相对简单，阈值的选择对双峰法影响较大。实验四图像压缩实验一、实验目的1、进一步熟悉DCT的概念和原理；2、掌握对灰度和彩色图像作离散余弦变换和反变换的方法；3、能选择适当的量化间隔、阈值和区域进行编码；4、综合利用变换、量化、Huffman编码等知识，实现JPEG压缩编码。二、实验原理JPEG压缩原理：基于DCT的JPEG压缩过程主要是对图像的空间冗余进行压缩，其基本过程为：首先进行DCT正变换，再对DCT系数进行量化，并对量化后的直流系数和交流系数分别进行差分编码和行程编码，最后进行熵编码。编码的简化框图如图3.1所示，解码为其逆过程。压缩后图像数据压缩后图像数据熵编码器量化器源图像数据8×8FDCT熵编码器量化器源图像数据8×8FDCT量化表Huffman码表图3.1JPEG压缩编码器框图2-DCT变换原理：JPEG将源数据图像分成8×8大小的子块，然后进行DCT变换，2-DCT变换公式如下：其中：f（x,y）—输入/输出图像取样值（基准系统的取值为[-128，127]）；C(u,v)—DCT系数（基准系统中C（u,v）的取值范围为[-1023，1023]）；C（0，0）代表DC系数，其余63个为AC系数。三、实验内容实现JPEG的压缩和编码实现基本JPEG的压缩和编码分三个步骤：（1）首先通过DCT变换去除数据冗余；（2）使用量化表对DCT系数进行量化；（3）对量化后的系数进行Huffman编码。1、主程序2、DCT8x8子程序3、AC和DC4.DC编码5、zigzag扫描程序6、AC编码四、实验结果及分析分析：ImageBitLen=112000，原图片为324KB,经过jpeg编码后容量约为109KB,明显变小思考题1.如何读一幅彩色图象，以灰度值图象的形式显示其RGB各分量?对黑白图像,R,G,B值均相等,称为灰度值,每一个像素有一个灰度值.对于8位的灰度图像,其灰度值范围为0～255。灰度也可认为是亮度，简单的说就是色彩的深浅程度。实际上在我们的日常生活中，通过三原色色彩深浅的组合，可以组成各种不同的颜色。产品能够展现的灰度数量越多，也就意味着这款产品的色彩表现力更加丰富，能够实现更强的色彩层次。例如三原色16级灰度，能显示的颜色就是16×16×16=4096色。不过目前的产品256级灰度已经非常地普遍了。任何颜色都有红、绿、蓝三原色组成，假如原来某点的颜色为RGB(R，G，B)，那么，我们可以通过下面几种方法，将其转换为灰度，通过任一种方法求得Gray后，将原来的RGB(R,G,B)中的R,G,B统一用Gray替换，形成新的颜色RGB(Gray,Gray,Gray)，用它替换原来的RGB(R,G,B)就是灰度图了。2.对一幅图像进行傅氏变换和余弦变换，观察其振幅谱的特点傅氏变换：余弦变换：DCT是DFT的一种形式。所谓“余弦变换”，是在DTFT傅立叶级数展开式中，如果被展开的函数是实偶函数，那么其傅立叶级数中只包含余弦项，再将其离散化(DFT)可导出余弦变换，因此称之为离散余弦变换(DCT)。其实DCT属于DFT的一个子集。观察幅度谱可看出，余弦变换的颜色较傅立叶变换深很多，也就是说幅值较大。傅立叶变换的四角都有较高的幅值，而dct变换只有左上角出现红色的幅值。实验报告实验名称实验三形态学图像处理课程名称数字图像处理A姓名成绩班级学号日期地点备注：基于matlab实现图像压缩：1.2.3.实验三形态学图像处理1.实验任务（1）了解并掌握膨胀、腐蚀及开运算、闭运算的基本原理；（2）编写程序使用开运算、闭运算处理图像，进一步理解开运算、闭运算的实质；（3）编写程序使用开运算、闭运算进行图像去噪处理，根据实验结果分析效果；（4）总结实验过程（实验报告，左侧装订）：方案、编程、调试、结果、分析、结论。2.实验环境Windws2000/XPMATLAB7.x3.实验方法对两幅受噪声干扰的数字图像curve_128.bmp（如图3.1所示）和enoise.bmp（如图3.2所示）进行如下处理：图3.1实验图像curve_128.bmp图3.1实验图像curve_128.bmp图3.2实验图像enoise.bmp（1）对两幅图像进行腐蚀、膨胀处理，显示处理前、后图像：用不同尺度及形状的结构元素进行腐蚀、膨胀处理，分析结构元素对处理效果的影响；（2）分别对两幅图像设计相应的开、闭运算进行降低噪声的处理，显示处理前、后图像；分析两幅图像为了降低噪声所设计的运算有无不同？如果有请分析为什么会有这种不同？4.实验分析在MatLab中输入各程序代码后运行程序，得到输出结果如图所示：1-11-21-32-12-22-35.实验结论Matlab图像工具箱中的膨胀（腐蚀）函数imdilate（imerode）,该函数将输入的待处理的图像IM（灰度，二值或压缩的二值图像）转化为另一个灰度图像或者二值图像IM2。它有两个主要的参数，一个是待处理图像，一个是膨胀（腐蚀）操作的结构元素，或者是由结构元素定义的领域。开运算和闭运算是形态学中两个重要的运算，他们是由膨胀和腐蚀组合而成的复合运算。开运算通常可以起到平滑图像轮廓的作用，去掉轮廓上的毛刺，截断狭窄的山谷。而闭运算虽然也对图像轮廓有平滑作用，但是结果相反，他能去除区域中的小孔，填平狭窄的断裂，细长的沟壑以及轮廓的缺口。附件程序I=imread('C:\Users\guojing\Desktop\dragon.bmp');subplot(2,2,1);imshow(I);title('原图像');I0=imnoise(I,'salt');subplot(2,2,2);imshow(I0);title('加噪图像');se=strel('disk',3);I1=imerode(I0,se)subplot(2,2,3);imshow(I1);title('圆形腐蚀图像');se1=strel('disk',1);I2=imdilate(I0,se1)subplot(2,2,4);imshow(I2);title('圆形膨胀图像');figure;subplot(2,2,1);imshow(I);title('原图像');subplot(2,2,2);imshow(I0);title('加噪图像');se=strel('line',5,2);I3=imerode(I0,se)subplot(2,2,3);imshow(I3);title('线形腐蚀图像');se1=strel('line',5,2);I4=imdilate(I0,se1)subplot(2,2,4);imshow(I4);title('线形膨胀图像');对图像进行开，闭运算I=imread('C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\equation.bmp');subplot(2,2,1);imshow(I);title('原图像');I1=imnoise(I,'salt');subplot(2,2,2);imshow(I1);title('加噪图像');se=strel('square',2);I2=imopen(I1,se)subplot(2,2,3);imshow(I2);title('方形闭运算图像');I3=imclose(I1,se);subplot(2,2,4);imshow(I3);title('方形开运算图像');用圆形结构元素进行开闭运算I=imread('C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\dragon.bmp');subplot(2,2,1);imshow(I);title('原图像');I1=imnoise(I,'salt');subplot(2,2,2);imshow(I1);title('加噪图像');se=strel('disk',2);I2=imopen(I1,se)subplot(2,2,3);imshow(I2);title('圆形闭运算图像');I3=imclose(I1,se);subplot(2,2,4);imshow(I3);计算机安全基础上机实验报告学院年级专业班学生姓名学生学号实验一凯撒加密解密凯撒密码简介：恺撒密码的替换方法是通过排列明文和密文字母表，密文字母表示通过将明文字母表向左或向右移动一个固定数目的位置。例如，当偏移量是左移3的时候（解密时的密钥就是3）：明文字母表：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ密文字母表：DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC使用时，加密者查找明文字母表中需要加密的消息中的每一个字母所在位置，并且写下密文字母表中对应的字母。需要解密的人则根据事先已知的密钥反过来操作，得到原来的明文。例如：明文：THEQUICKBROWNFOXJUMPSOVERTHELAZYDOG密文：WKHTXLFNEURZQIRAMXPSVRYHUWKHODCBGRJ源代码：#include"kaisa.h"usingnamespacestd;voidKaisa::setI(){cout<<"\n请输入加密密码：";cin>>i;}voidKaisa::jiami(){chara,b,c;cout<<"\n请输入明文：\t";cin>>a;b=char('z'-i%26);c=char('Z'-i%26);cout<<"\n密文是：\t";while(a!='\n'){if((a<='z'&&a>='a')||(a<='Z'&&a>='A')){if((a<=b&&a>='a')||(a<=c&&a>='A'))cout<<char(a+i%26);if(a>c&&a<='Z')cout<<char(a+i%26-26);if(a>b&&a<='z')cout<<char(a+i%26-26);if(a=='')cout<<"";}elsecout<<a;a=cin.get();}cout<<endl;}voidKaisa::setX(){cout<<"\n请输入解密密码：";cin>>i;}voidKaisa::jiemi(){chara,b,c;cout<<"\n请输入密文：\t";cin>>a;b=char('a'+i%26);c=char('A'+i%26);cout<<"\n明文是：\t";while(a!='\n'){if((a<='z'&&a>='a')||(a<='Z'&&a>='A')){if((a<='z'&&a>=b)||(a<='Z'&&a>=c))cout<<char(a-i%26);if(a>='a'&&a<b)cout<<char(a-i%26+26);if(a>='A'&&a<c)cout<<char(a-i%26+26);if(a=='')cout<<"";}elsecout<<a;a=cin.get();}cout<<endl;}intmain(){while(1){ intt;cout<<"1.加密"<<endl<<"2.解密"<<endl<<"按其他键退出"<<endl<<"选择：";cin>>t;Kaisakaisa; if(t==1){kaisa.setI();kaisa.jiami();cout<<"加密完成\n"<<endl;}elseif(t==2){kaisa.setX();kaisa.jiemi();cout<<"解密完成\n"<<endl;}else return0;}}测试：密钥：4，明文：abcdefg实验结果：实验二DES加密解密加密原理：DES使用一个56位的密钥以及附加的8位奇偶校验位，产生最大64位的分组大小。这是一个迭代的分组密码，使用称为Feistel的技术，其中将加密的文本块分成两半。使用子密钥对其中一半应用循环功能，然后将输出与另一半进行“异或”运算；接着交换这两半，这一过程会继续下去，但最后一个循环不交换。DES使用16个循环，使用异或，置换，代换，移位操作四种基本运算。源代码：#include<stdio.h>#include<string.h>#include"des_encode.h"intkey[16][48];charstr[8];voidmain(){EncodeMain();}voidEncodeMain(){inti;charkeychar[8];intkey2[8];intstrkey[8];printf("请输入8个要加密的字符：\n");for(i=0;i<8;i++)scanf("%c",&str[i]);getchar();for(i=0;i<8;i++)strkey[i]=str[i];printf("\n输入明文的十六进制为:\n");for(i=0;i<8;i++)printf("%10x",strkey[i]);printf("\n请输入密钥(8个字符):\n");for(i=0;i<8;i++)scanf("%c",&keychar[i]);for(i=0;i<8;i++)key2[i]=keychar[i];getchar();Encode(strkey,key2);printf("\n加密后十六进制密文是:\n");for(i=0;i<8;i++)printf("%10x",strkey[i]);printf("\n\n请输入解密密码\n");for(i=0;i<8;i++)scanf("%c",&keychar[i]);for(i=0;i<8;i++)key2[i]=keychar[i];Decode(strkey,key2);for(i=0;i<8;i++)printf("%10x",strkey[i]);for(i=0;i<8;i++)str[i]=strkey[i];printf("\n明文为：\t");for(i=0;i<8;i++)printf("%c",str[i]);printf("\n\n");}voidkeyBuild(int*keychar){inti,j;intmovebit[]={1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};intmidkey2[56];intmidkey[64];StrtoBin(midkey,keychar);for(i=0;i<56;i++)midkey2[i]=midkey[PC1[i]-1];for(i=0;i<16;i++)keyCreate(midkey2,movebit[i],i);}voidStrtoBin(int*midkey,int*keychar){inttrans[8],i,j,k,n;n=0;for(i=0;i<8;i++){j=0;while(keychar[i]!=0){trans[j]=keychar[i]%2;keychar[i]=keychar[i]/2;j++;}for(k=j;k<8;k++)trans[k]=0;for(k=0;k<8;k++)midkey[n++]=trans[7-k];}}voidkeyCreate(int*midkey2,intmovebit,intn){inti,temp[4];temp[0]=midkey2[0];temp[1]=midkey2[1];temp[2]=midkey2[28];temp[3]=midkey2[29];if(movebit==2){for(i=0;i<26;i++){midkey2[i]=midkey2[i+2];midkey2[i+28]=midkey2[i+30];}midkey2[26]=temp[0];midkey2[27]=temp[1];midkey2[54]=temp[2];midkey2[55]=temp[3];}else{for(i=0;i<27;i++){midkey2[i]=midkey2[i+1];midkey2[i+28]=midkey2[i+29];}midkey2[27]=temp[0];midkey2[55]=temp[2];}for(i=0;i<48;i++)key[n][i]=midkey2[PC2[i]-1];}voidEncodeData(int*lData,int*rData,int*str){inti,j,temp[8],lint,rint;intdata[64];lint=0,rint=0;for(i=0;i<4;i++){j=0;while(str[i]!=0){temp[j]=str[i]%2;str[i]=str[i]/2;j++;}while(j<8)temp[j++]=0;for(j=0;j<8;j++)lData[lint++]=temp[7-j];j=0;while(str[i+4]!=0){temp[j]=str[i+4]%2;str[i+4]=str[i+4]/2;j++;}while(j<8)temp[j++]=0;for(j=0;j<8;j++)rData[rint++]=temp[7-j];}for(i=0;i<32;i++){data[i]=lData[i];data[i+32]=rData[i];}for(i=0;i<32;i++){lData[i]=data[IP1[i]-1];rData[i]=data[IP1[i+32]-1];}}voidF(int*rData,int*key){inti,rDataP[48];Expand(rData,rDataP);for(i=0;i<48;i++){rDataP[i]=rDataP[i]^key[i];}ExchangeS(rDataP,rData);ExchangeP(rData);}voidExpand(int*rData,int*rDataP){inti;for(i=0;i<48;i++)rDataP[i]=rData[Ex[i]-1];}voidExchangeS(int*rDataP,int*rData){inti,n,linex,liney;linex=liney=0;for(i=0;i<48;i+=6){n=i/6;linex=(rDataP[i]<<1)+rDataP[i+5];liney=(rDataP[i+1]<<3)+(rDataP[i+2]<<2)+(rDataP[i+3]<<1)+rDataP[i+4];FillBin(rData,n,s[n][linex][liney]);}}voidExchangeP(int*rData){inti,temp[32];for(i=0;i<32;i++)temp[i]=rData[i];for(i=0;i<32;i++)rData[i]=temp[P[i]-1];}voidFillBin(int*rData,intn,ints){inttemp[4],i;for(i=0;i<4;i++){temp[i]=s%2;s=s/2;}for(i=0;i<4;i++)rData[n*4+i]=temp[3-i];}voidDecodeData(int*str,int*lData,int*rData){inti;inta,b;intdata[64];a=0,b=0;for(i=0;i<32;i++){data[i]=lData[i];data[i+32]=rData[i];}for(i=0;i<32;i++){lData[i]=data[IP2[i]-1];rData[i]=data[IP2[i+32]-1];}for(i=0;i<32;i++){a=(lData[i]&0x1)+(a<<1);b=(rData[i]&0x1)+(b<<1);if((i+1)%8==0){str[i/8]=a;a=0;str[i/8+4]=b;b=0;}}}voidEncode(int*str,int*keychar){intlData[32],rData[32],temp[32],rDataP[48];inti,j;keyBuild(keychar);EncodeData(lData,rData,str);for(i=0;i<16;i++){for(j=0;j<32;j++)temp[j]=rData[j];F(rData,key[i]);for(j=0;j<32;j++){rData[j]=rData[j]^lData[j];}for(j=0;j<32;j++)lData[j]=temp[j];}DecodeData(str,rData,lData);}voidDecode(int*str,int*keychar){intlData[32],rData[32],temp[32],rDataP[48];inti,j;keyBuild(keychar);EncodeData(lData,rData,str);for(i=0;i<16;i++){for(j=0;j<32;j++)temp[j]=rData[j];F(rData,key[15-i]);for(j=0;j<32;j++){rData[j]=rData[j]^lData[j];}for(j=0;j<32;j++){lData[j]=temp[j];}}DecodeData(str,rData,lData);}des_encode.hvoidEncodeMain();voidDecodeMain();voidDecode(int*str,int*keychar);voidEncode(int*str,int*keychar);voidkeyBuild(int*keychar);voidStrtoBin(int*midkey,int*keychar);voidkeyCreate(int*midkey2,intmovebit,inti);voidEncodeData(int*lData,int*rData,int*srt);voidF(int*rData,int*key);voidExpand(int*rData,int*rDataP);voidExchangeS(int*rDataP,int*rData);voidExchangeP(int*rData);voidFillBin(int*rData,intn,ints);voidDecodeData(int*str,int*lData,int*rData);intIP1[]={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,};intIP2[]={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};ints[][4][16]={{{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},{10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8},{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}},{{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}},{{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}}};intEx[48]={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};intP[32]={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};intPC1[56]={57,49,41,33,25,17,9,1,58,50,42,34,26,18,10,2,59,51,43,35,27,19,11,3,60,52,44,36,63,55,47,39,31,33,15,7,62,54,46,38,30,22,14,6,61,53,45,37,29,21,13,5,28,20,12,4};intPC2[48]={14,17,11,24,1,5,3,28,15,6,21,10,23,19,12,4,26,8,16,7,27,20,13,2,41,52,31,37,47,55,30,40,51,45,33,48,44,49,39,56,34,53,46,42,50,36,29,32};测试：明文：qwertyui，密钥：12345678结果：实验三RSA加密解密RSA简介：公钥和私钥的产生假设Alice想要通过一个不可靠的媒体接收Bob的一条私人讯息。她可以用以下的方式来产生一个公钥和一个密钥：随意选择两个大的质数p和q，p不等于q，计算N=pq。根据欧拉函数，不大于N且与N互质的整数个数为（p-1）(q-1)选择一个整数e与（p-1）（q-1）互质，并且e小于（p-1）(q-1)用以下这个公式计算d：d×e≡1(mod(p-1)(q-1))将p和q的记录销毁。e是公钥，d是私钥。d是秘密的，而N是公众都知道的。Alice将她的公钥传给Bob，而将她的私钥藏起来。加密消息假设Bob想给Alice送一个消息m，他知道Alice产生的N和e。他使用起先与Alice约好的格式将m转换为一个小于N的整数n，比如他可以将每一个字转换为这个字的Unicode码，然后将这些数字连在一起组成一个数字。假如他的信息非常长的话，他可以将这个信息分为几段，然后将每一段转换为n。用下面这个公式他可以将n加密为c：计算c并不复杂。Bob算出c后就可以将它传递给Alice。解密消息Alice得到Bob的消息c后就可以利用她的密钥d来解码。她可以用以下这个公式来将c转换为n：得到n后，她可以将原来的信息m重新复原。解码的原理是以及ed≡1(modp-1)和ed≡1(modq-1)。费马小定理证明和这说明（因为p和q是不同的质数）源代码：#include<iostream.h>#include<math.h>#include<stdlib.h>intp,q;//选取的两个素数intn,e,y,d;//============================n=p*q；y为n的欧拉数值；d是e在y下的乘法逆元inta[160000];//========================存储e的所有值intc;intfun=0;intcount=0;char*asd=newchar[];char*b=newchar[];//================================存储要加密的字符或字符串char*z=newchar[];intisPrime(intx)//====================判断是不是素数{ inti;for(i=2;i<=(int)sqrt(x);i++) { if(x%i==0) break; } if(i>(int)sqrt(x)) returntrue; returnfalse;}intgcd(intf1,intf2){if(f1==0) { returnf2; } else { returngcd(f2%f1,f1); }}voidkeyproduce(intx1,intx2){intm,j=0; n=x1*x2;y=(x1-1)*(x2-1);m=2;for(m=2;m<y;m++){ if(gcd(m,y)==1) { j++; a[j]=m; }}for(;j>0;j--)cout<<a[j]<<endl;cout<<"e从以上数据中选择"<<endl;cin>>e;for(ints=1;s<n;s++){ doubleg=0; inth=0; g=(n*y+1)/e;h=(int)g;if(g==h) d=h;}cout<<"{"<<e<<","<<n<<"}"<<"为公开钥"<<endl;cout<<"{"<<d<<","<<n<<"}"<<"为私密钥"<<endl;}intsum()//=============================求字符串的长度{ inti=0; while(b[i]!='\0') i++; returni;}voidencode()//==================================加密{ intsum1=sum(); for(count=0;count<=sum1;count++) { z[count]=b[count]; if(z[count]=='') fun=0; if(z[count]=='a') fun=1;if(z[count]=='b') fun=2; if(z[count]=='c') fun=3; if(z[count]=='d') fun=4; if(z[count]=='e') fun=5;if(z[count]=='f') fun=6; if(z[count]=='g') fun=7; if(z[count]=='h') fun=8; if(z[count]=='i') fun=9;if(z[count]=='j') fun=10; if(z[count]=='k') fun=11; if(z[count]=='l') fun=12; if(z[count]=='m') fun=13;if(z[count]=='n') fun=14; if(z[count]=='o') fun=15;if(z[count]=='p') fun=16; if(z[count]=='q') fun=17;if(z[count]=='r') fun=18; if(z[count]=='s') fun=19; if(z[count]=='t') fun=20; if(z[count]=='u') fun=21;if(z[count]=='v') fun=22; if(z[count]=='w') fun=23; if(z[count]=='x') fun=24;if(z[count]=='y') fun=25; if(z[count]=='z') fun=26; c=fun^e%n; asd[count]=c; } count--; cout<<"以下为加密结果："<<endl; for(ints=0;s<count;s++) cout<<asd[s]; cout<<endl; cout<<endl;}voiddecode()//=================================解密{ inttemp=0; for(temp=0;temp<count;temp++){fun=asd[temp]^d%n;if(fun==0) z[temp]=''; if(fun==1) z[temp]='a';if(fun==2) z[temp]='b'; if(fun==3) z[temp]='c'; if(fun==4) z[temp]='d';if(fun==5) z[temp]='e'; if(fun==6) z[temp]='f'; if(fun==7) z[temp]='g';if(fun==8) z[temp]='h'; if(fun==9) z[temp]='i'; if(fun==10) z[temp]='j';if(fun==11) z[temp]='k'; if(fun==12) z[temp]='l';if(fun==13) z[temp]='m'; if(fun==14) z[temp]='n'; if(fun==15) z[temp]='o';if(fun==16) z[temp]='p';if(fun==17) z[temp]='q'; if(fun==18) z[temp]='r';if(fun==19) z[temp]='s'; if(fun==20) z[temp]='t'; if(fun==21) z[temp]='u';if(fun==22) z[temp]='v';if(fun==23) z[temp]='w'; if(fun==24) z[temp]='x';if(fun==25) z[temp]='y'; if(fun==26) z[temp]='z'; } temp--; cout<<"以下为解密结果："<<endl; for(ints=0;s<=temp;s++) cout<<z[s]; }voidmain(){ intnum;next:cout<<"请输入一个大素数(大于5的,小于400的),以便产生公钥与私钥"<<endl; cin>>p; if(isPrime(p)==0) {cout<<"p不是素数"<<endl; gotonext; }next2:cout<<"请输入一个大素数(大于5的,小于400的),以便产生公钥与私钥"<<endl; cin>>q; if(isPrime(p)==0) {cout<<"p不是素数"<<endl; gotonext2; } keyproduce(p,q); cout<<"请输入要加密的字符或字符串"<<endl; cin>>b; cout<<"加密，输入1"<<endl; cin>>num; if(num==1) encode(); cout<<"解密，输入2"<<endl; cin>>num; if(num==2) decode(); cout<<endl; cout<<"是否继续验证，是就输入1；否则是输入0"<<endl; cin>>num; if(num==1) gotonext;elsereturn;}实验结果：实验四RSA签名验证RSA数字签名简介：其原理是:用户B用你的私钥来"加密"一组信息,用户A用公钥来解密,如果"解密"成功,说明这组信息就是用户B加密的,用户B无法否认这个事实,这就是数字签名。假设用户B获得了一对密钥变换(EB、DB),其中EB是可以公布于众的加密密钥,DB是由用户B自行秘密保管的解密密钥。当用户B要向用户A发送消息M时,如果用户B首先用自己保管的解密密钥DB作变换,C'=DB(M),然后把C'传送给A,当A收到密文C'后,可以用B的公开密钥EB作逆变换,EB(C')=EB(DB(M))=M,恢复出原始信息M。这样A就可以判断该消息一定是B发来的,因为只有B才知道秘密密钥DB,除B外,任何人都不能仿造信息C',因此C'可以作为用户B的数字签名,A可以通过EB来验证B的合法性,B对消息C'的确定性也是无法否认的。这样的应用只解决了消息的可靠性,可以防止第三者插入、伪造和篡改消息,但是并不能解决消息M的保密性,因为除了A以外,其他人也能收到,并恢复消息M。源代码#include<iostream.h>#include<math.h>longcode(longm,longe,longn)//-----------加解密函数:用c=m^e(modn)加密，用m=c^d(modn)解密{longc=1;e=e+1;while(e!=1){c=c*m;c=c%n;e--;}returnc;}intgcd(longa,longb)//--------------------判断两个数是否互素{ longr0=a; longr1=b; intq,temp; while(r1!=0) { q=r0/r1; temp=r0; r0=r1; r1=temp-q*r1; } if(r0==1)//------------------------------最大公因数为1时两数互素 return1; elsereturn0;}longprivatekey(longa,longb)//-------------用欧几里德算法求私钥d{ longr,r1=1; longr0=b; longs0,t0,e,s1,q,temprivatekey; r1=a; t0=0; e=1; s0=1; s1=0; q=r0/r1; r=r0-q*r1; while(r>0) { temprivatekey=t0-q*e; t0=e; e=temprivatekey; temprivatekey=s0-q*s1; s0=s1; s1=temprivatekey; r0=r1; r1=r; q=r0/r1; r=r0-q*r1; } while(e<0) { e=e+b; } returne;}voidmain()//----------------------------------------主函数{longp,q,e,d,m,n,t,longc[1000];cout<<"请输入两个素数p,q:";cin>>p>>q;n=p*q;cout<<"n为:"<<n<<endl;t=(p-1)*(q-1);//------------------------------------欧拉函数值cout<<"n的欧拉函数值:"<<t<<endl;cout<<"请输入公钥e:";cin>>e;//-------------------------------------------输入公钥e,满足t>e>1intu;u=gcd(e,t);//----------------------------------------判断e是否与n的欧拉函数值互素if(1<e&&e<t&&u==0){cout<<"请重新输入:"<<endl;cin>>e;}intk=0; { cout<<"请输入消息:"; cin>>m;longd;d=privatekey(e,t);if(m<=n)cout<<"签名为:"<<code(m,d,n)<<endl;else{ longi=0,g,h;g=n; h=m;while(g!=0) {g/=10;i++; } longj=0;while(h!=0) {h/=10;j++; } longx=0; while(j!=0){x=m/pow(10,j-i);if(x>n) {x=x/10;c[k]=code(x,d,n);m=m-x*pow(10,j-i+1);j=j-1; k++; }else{ c[k]=code(x,d,n);m=m-x*pow(10,j-i);j=j-2; k++;}if(i>j) c[k]=code(m,d,n);//-------------------------------用私钥签名}cout<<"签名为:"<<endl;for(longl=0;l<k;l++)cout<<c[l];cout<<endl;} } cout<<"验证签名:"<<endl;for(longr=0;r<k;r++)cout<<code(c[r],e,n);//----------------------------------用公钥验证签名cout<<endl;}实验结果实验五PGP软件的应用1、软件安装和其他软件一样，运行安装程序后，经过短暂的自解压准备安装的过程后，进入安装界面，先是欢迎信息，点“NEXT”按钮，然后是许可协议，这里是必须无条件接受的，点“YES”按钮，进入提示安装PGP所需要的系统、以及软件配置情况的界面，继续点NEXT按钮，出现创建用户类型的界面，选择如图1：图1新用户需要创建并设置一个新的用户信息。继续点“NEXT”按钮，来到了程序的安装目录（安装程序会自动检测系统，并生成以系统名为目录名的安装文件夹）建议将PGP安装在安装程序默认的目录，也就是系统盘内。再次点“NEXT”按钮，出现选择PGP组件的窗口，安装程序会检测系统内所安装的程序,如果存在PGP可以支持的程序，将自动选中。图2第一个是磁盘加密组件，第二个是ICQ实时加密组件，第三个是微软的OUTLOOK邮件加密组件，第四个是有大量使用者的OUTLOOKEXPRESS，简称OE。在这里只讲解PGP的文件加密功能。后面的安装过程就只需按“NEXT”，最后再根据提示重启系统即可完成安装。（注意：为了避免导致程序出错，建议立即重起系统）。2、创建和设置初始用户重启后，进入系统时会自动启动PGPtray.exe，这个程序是用来控制和调用PGP的全部组件的，接下来进入新用户创建与设置。启动PGPtray后，会出现一个PGPKeyGenerationWizard（PGP密钥生成向导），点“下一步”按钮，进入NameandEmailAssignment（用户名和电子邮件分配）界面，在Fullname（全名）处输入你想要创建的用户名，Emailaddress处输入用户所对应的电子邮件地址，完成后点“下一步”按钮，如图3：图3接下来进入PassphraseAssignment，在Passphrase处输入你需要的密码，Confirmation（确认）处再输入一次长度必须大于8位，建议为12位以上，如果出现“Warning:CapsLockisactivated!”的提示信息，说明你开启了CapsLock键（大小写锁定键），点一下该键关闭大小写锁定后再输入密码，因为密码是要分大小写的。最好别取消HideTyping（隐藏键入）的选择。完成后点“下一步”按钮。如图4：图4进入KeyGenerationProgress（密钥生成进程），等待主密钥（Key）和次密钥（Subkey）生成完毕（出现完成）。点击“下一步”按钮，进入CompletingthePGPKeyGenerationWizard（完成该PGP密钥生成向导）再点“完成”按钮，你的用户就创建并设置好了。3、导出并分发你的公钥启动PGPkeys，在这里你将看到你密钥的一些基本信息，如：Validity（有效性，PGP系统检查是否符合要求，如符合，就显示为绿色）、Trust（信任度）、Size（大小）、Description（描述）、KeyID（密钥ID）、Creation（创建时间）、Expiration（到期时间）等（如果没有那这么多信息，使用菜单组里的“VIEW（查看）”，并选中里面的全部选项），如图5：图5需要注意的是，这里的用户其实是以一个“密钥对”形式存在的，也就是说其中包含了一个公钥（公用密钥，可分发给任何人，别人可以用此密钥来对要发给你的文件或者邮件等进行加密）和一个私钥（私人密钥，只有你一人所有，不可公开分发，此密钥用来解密别人用公钥加密的文件或邮件）。现在我们要做的就是要从这个“密钥对”内导出包含的公钥。单击显示有你刚才创建的用户那里，再在上面点右键，选“Export…（导出）”，在出现的保存对话框中，确认是只选中了“Include6.0Extensions”（包含6.0公钥），然后选择一个目录，再点“保存”按钮，即可导出你的公钥，扩展名为.asc。导出后，就可以将此公钥放在你的网站上（如果有的话），或者发给你的朋友，告诉他们以后给你发邮件或者重要文件的时候，通过PGP使用此公钥加密后再发给你，这样做一是能防止被人窃取后阅读而看到一些个人隐私或者商业机密的东西，二是能防止病毒邮件，一旦看到没有用PGP加密过的文件，或者是无法用私钥解密的文件或邮件，就能更有针对性的操作了，比如删除或者杀毒。虽然比以前的文件发送方式和邮件阅读方式麻烦一点，但是却能更安全的保护你的隐私或公司的秘密。4、导入并设置其他人的公钥导入公钥：直接点击（根据系统设置不同，单击或者双击）对方发给你的扩展名为.asc的公钥，将会出现选择公钥的窗