1、现代密码学实验报告院系：理学院班级：信安二班姓名：学号：前言 密码学（Cryptology）是研究秘密通信的原理和破译秘密信息的方法的一 门学科。密码学的基本技术就是对数据进行一组可逆的数学变换，使未授权者不能理解它的真实含义。密 码学包括密码编码学（Cryptography）和密码分析学（Cryptanalyst）两个既对立又统一的主要分支学科。研究密码变化的规律并用之于 编制密码以保护信息安全的科学，称为密码编码学。研究密码变化的规律并用之于密码以获取信息情报的科学，称为密码分析学，也叫密 码破译学。 密码学在信息安全中占有非常重要的地位，能够为信息安全提供关 键理论与技术。密 码学是一门
2、古老而深奥的学问，按其 发展进程， 经历了古典密 码和现代密码学两个阶段。现代密码学（Modern Cryptology）通常被归类为理论数学的一个分支学科，主要以可靠的数学方法和理论为基础，为保证信息的机密性、完整性、可认证性、可控性、不可抵赖性等提供关键理论与技术。 古典密码算法实验在密码编码体制中有两种 基本也是 古老的编码体制一直沿用至今，它们是代替密码和置换密码，其历史悠久并且是现代密码体制的基本组成部分，在密码学中占有重要地位。古典密码是密码学发展的一个阶段，也是近代密码学产生的渊源，一般把 Shannon 在 1949 年发表“ 保密系统的通信理论”之前的时期称为古典密码时期。尽
3、管古典密码大多比较简单，一般可用手工或机械方式实现，且都可用统计分析方法破译，目前已很少采用。但是，古典密码所采用的代替技术和置换技术仍然是现代分组密码算法设计的基础，了解它们的设计原理，有助于理解、设计和分析现代密码。 一、 实验目的 通过编程实现经典的代替密码算法和置换密码，包括移位密码、维吉尼亚密码、周期置换密码、列置换密码，加深对代替技术的了解，为现代分组密码实验奠定基础。 二、 实验原理 代替（Substitution）是古典密码中 基本的处理技巧，就是将明文字母由其他字母表中的字母替换的一种方法。代替密码（Substitution Cipher）就是使用代替法进行加解密的密码算法。
4、代替密码的密钥是一个替换表，它表示了明文字母与密文字母的对应关系。加密时，通过查表，明文字母被逐个替换后，生成看似无任何意义的字母串，即密文。解密时，逆向使用替换表，将密文字母逐个替换为明文字母。 按照一个明文字母是否总是被一个固定的字母代替进行划分，代替密码可分为两类： （1） 单表代替密码（Monoalphabetic Substitution Cipher）：明文中出现的同一个字母，不管它出现在什么位置，在加密时都用相同的字母来代替。移位密码就是单表代替密码。 （2） 多表代替密码（Polyalphabetic Substitution Cipher）：明文中出现的同一个字母，在加密时不
5、是完全被相同的字母代替，而会根据其出现的位置次序用不同的字母代替。维吉利亚密码就是多表代替密码。 1 移位密码 移位密码（Shift Cipher）是一种典型的单表替代密码，也称为加法密码。 移位密码的加密方法就是将明文中的每个字母用其在字母表后面的第 k 个字母替代，它的加密过程可以表示为： c = (m + k) mod n其中， m 为明文字母在字母表中的位置数； n 为字母表中的字母总数； k 为密钥； c 为密文字母在字母表中对应的位置数。相应的，移位密码的解密过程可以表示为：m = (c - k) mod n实验代码：#include#includeusing namespace
6、std;/定义一些全局变量char str100; /用于存储处理前字符串char enstr100; /用于存储处理后字符串int num=0; /用于累计字符数量char * p; /用于指向处理字符串int key;/加密void encrypt()while(*p!=0) *p=(*p-97+key)%26+97;p+;coutord;if(ord=1)coutstr;p=str;coutkey;encrypt();if(ord=2) coutstr;p=str;coutkey;decrypt();if(ord=3) break; 实验结果：2 维吉尼亚密码 维吉尼亚密码（Vigene
7、re Cipher）是一种多表代替密码，其本质是周期移位密码。 维吉尼亚密码的（用户）密钥为一含有 d 个字母的有限字母序列 k = k0k1kd-1加密时，首先将用户密钥进行周期 扩展（周期为 d），扩展后的无限字母序列称为工作密钥，记为 K = K0K1Ki 其中 Ki = Ki mod d ，i=0,1, 当 d=1 时，维吉尼亚密码就是移位密码。对于含有 l 个字母的明文，维吉尼亚加密过程可以表示为： ci = (miK i ) mod n其中，M = m0m1miml-1 为 明文，C = c0c1cicl-1 为密文，K = K0K1KiKl-1 为工作钥， n 为明文字母表的长度
8、，l 为明文长度（含有字母的数目）。 例如，使用用户钥 cat，对明文“vigenere cipher” 进行维吉尼亚加密。此 时，n=26（对应英文字母表），用户钥 c=3、a=0、t=19，得到的密文 为“ xizgnxtevkpagr”。实验代码： #includeusing namespace std;int main()while(1)char choice;coutchoice;if(choice=1)char arra100=“,arrb100=“,arrc100=“;int i=0;char a,b,c;coutarrb;coutarra;int an=strlen(arra)
9、;int bn=strlen(arrb);if(an90)c=char(64+c%90);arrci=c;elsearrci=char(c);coutarrc;coutarra;/cout#include #include #include int main(int argc)char *str1,*key,*str3,c; str1=(char *)malloc(500);key=(char *)malloc(500);str3=(char *)malloc(500);printf(“Column permutation cipher Encryption c=getchar();while
10、(c!=qprintf(“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 c=getchar();else getchar();printf(“Please input the Decryption Key:n“);gets(key);printf(“Please inpu
11、t the ciphertext:n“);gets(str3);printf(“The plaintext is:n“);Decryption(key,str3);printf(“Column permutation cipher Encryption c=getchar();free(str1);free(key);free(str3);return 0;加密函数：void Encryption(char str1,char key)int i,j;char num300;int plen=strlen(str1);int len=strlen(key);for(i=0;ilen;i+)nu
12、mi=1;for(j=0;jlen;j+)if(keyjkeyi)numi+;for(j=0;ji;j+) if(keyj = keyi)numi=numi+1;printf(“n“);for(i=0;ilen;i+)for(j=0;jplen/len;j+) printf(“%c“,str1j*len+numi-1);printf(“ “);printf(“n“);解密函数：void Decryption(char key,char str3)int i,j;char num500;char cnum500;int clen=strlen(str3);int len=strlen(key);for(i=0;ilen;i+)numi=1;for(j=0;jlen;j+) if(keyjkeyi)numi+;for(j=0;ji;j+) if(keyj = keyi)numi=numi+1;for(i=0;ilen;i+)for(j=0;jlen;j+)if(i+1=numj) cnumi=j;for(i=0;iclen/len;i+)for(j=0;jlen;j+) printf(“%c“,str3cnumj*clen/len+i);printf(“ “);printf(“n“);实验结果：
