1、密码学基础实 验 指 导 书黑龙江大学计算机科学技术学院2013 年 3 月黑龙江大学计算机科学技术学院密码学基础实验报告- 0 -目录前言 .- 1 -要求与评分标准 .- 2 -1 要求 .- 3 -2 评分标准 .- 3 -实验 1 古典密码的实现（3 学时） .- 3 -实验 2 对称密钥密码体制的实现（6 学时） .- 4 -实验 3 公开密钥密码算法的实现（6 学时） .- 6 -实验 4 数字签名算法的实现（3 学时） .- 6 -附录 1：实验报告格式 - 8 -黑龙江大学计算机科学技术学院密码学基础实验报告- 1 -前言密码学基础是一门理论性和实践性都很强的课程，各种加密算法
2、、解密算法在现实中有广泛的应用。为了培养学生的实际工作能力，加深对各种算法的理解，本课程在古典密码、对称密钥密码算法、非对称密钥密码算法以及数字签名上均安排了上机实践的内容，使学生在掌握各种算法的原理的基础上，按以下的基本实践内容的要求完成各个算法，达到学以致用的目的。学生在做加密算法时，对明文利用加密算法进行加密后，需要再利用解密算法进行解密，以便验证结果的正确性；在做数字签名时，对消息进行数字签名后，需要进行验证。本课程共安排了六个实验题目，每个题目根据难易程度而学时不等。每个同学在实验报告的最后要给出对每个实验的收获、体会、希望和建议以便于不断改进教学积累经验。黑龙江大学计算机科学技术学
3、院密码学基础实验报告- 2 -要求与评分标准密码学基础课程实验的目的是为了使学生在课堂学习的同时，通过一系列的实验，使学生加深理解和更好地掌握密码学基础课程教学大纲要求的内容。1 要求在密码学基础的课程实验过程中，要求学生做到：（1）预习实验指导书有关部分，认真做好实验内容的准备，就实验可能出现的情况提前做出思考和分析。（2）仔细观察调试程序过程中出现的各种问题，记录主要问题，做出必要说明和分析。（3）认真按照模板书写实验报告。（4）遵守机房纪律，服从辅导教师指挥，爱护实验设备。（5）实验课程不迟到。如有事不能出席，所缺实验一般不补。（6）同学在做实验之前要求熟练掌握一种开发环境进行程序设计。
4、2 评分标准实验的验收分为两个部分。第一部分是上机操作，包括设计结果的验收与检查。第二部分是提交书面的实验报告。具体评分标准如下：（1）实验成绩占总成绩的20%。（2）每个实验满分5分,验收时按完成情况打分。黑龙江大学计算机科学技术学院密码学基础实验报告- 3 -实验 1 古典密码的实现（3 学时）(一)实验目的1 了解各种古典密码的加密过程和解密过程2 掌握两种古典密码加密和解密的具体实现（二）实验类型验证型(三)实验内容与步骤1 用自己熟悉的语言实现程序。2 输入明文消息以及密钥。3 实现一种古典密码的加密、解密过程。4 实现另一种古典密码。5 总结古典密码的密钥空间以及安全性。实验 2
5、对称密钥密码体制的实现 （6 学时）(一)实验目的1 掌握对称密钥密码体制2 掌握 DES 加密、解密算法3 掌握子密钥的产生过程（二）实验类型验证(三)实验内容及步骤1 消息的分组在 DES 算法中，每一次只能对 64 位明文进行加密，首先对明文消息进行分组，如果消息不够 64 的整数倍，用零进行填充。2 初始置换建立初始置换表，将明文通过置换表进行置换。316 次迭代运算在每一次迭代中，包含扩展置换、子密钥产生、S-盒代替等操作。扩展操作，利用扩展规则，将 32 位信息扩展成 48 位。将扩展得到的信息与子密钥进黑龙江大学计算机科学技术学院密码学基础实验报告- 4 -行异或，子密钥按照子密
6、钥规则产生。S-盒代替，利用 8 个 S 盒将 48 位信息压缩成 32 为。在迭代中的结构采用 Feistel 结构。4 逆置换将 16 次迭代的结果进行逆置换产生密文。5 利用加密的逆过程进行解密，验证加密的正确性。(四)有关说明：1 该算法加密可以是二进制，也可以是字符或者是数字，如果是字符或者是数字，首先将其转化成比特流。实验 3 公开密钥密码算法的实现（6 学时）(一)实验目的1 掌握公开密钥密码的原理2 掌握 RSA 算法的加密和解密过程3 用程序实现 RSA 算法的加密和解密（二）实验类型设计型(三)实验步骤与内容1 素数的判定在 RSA 算法中，需要应用大的素数，采用 Rabi
7、n-miller 算法对大数进行判断，是否为素数。2 大数的运算（小数模拟）将大数的运算做为一个子程序，完成求逆的过程，产生公开密钥和私有密钥。3 幂运算在 RSA 算法中，需要进行幂的运算，将此运算做成子函数形式。4 利用 RSA 算法进行加密，并用私有密钥进行解密。实验 4 数字签名算法的实现（3 学时）(一)实验目的：1 掌握数字签名的原理黑龙江大学计算机科学技术学院密码学基础实验报告- 5 -2 掌握其中一种数字签名算法（二）实验类型设计型(三)实验步骤及内容：1 选择数字签名算法（数字签名标准 DSS 或者 RSA 数字签名） 。2 划出签名过程和验证过程的流程图。3 输入 DSS
8、算法的各个参数包括系统公共参数：大素数 P，P-1 的素因子，以及生成元。每个用户的公开密钥和私有密钥。4 签名过程发送方选择一个随机数 r，利用签名信息计算出签名信息(R,S)，将此信息发送给接受方，信息的传送可以用 SOCKET 实现。5 验证过程接受方接受信息后，要用数字签名的验证算法验证签名的正确性。黑龙江大学计算机科学技术学院密码学基础实验报告- 6 -附录 1：实验报告格式实验报告格式说明：各位同学请在上机实验后认真撰写实验报告，实验报告成绩作为实验成绩的一部分。黑龙江大学计算机科学技术学院密码学基础实验报告7实 验 报 告一、实验目的二、实验内容与实验步骤三、实验环境操作系统 Windows XP开发环境 VC+ 6.0四、实验过程与分析/主要设计思想与算法五、实验结果总结/测试用例、实验结果/经验、教训、收获、体会六、附录/如果你对这个实验还有其他的解决方案或设想，请在此描述。/回答实验内容与步骤中提出的问题课程名称： 密码学基础 班级：计算机 实验成绩：实验名称： 古典密码的实现 学号： 批阅教师签字：实验编号： 实验 1 姓名： 实验日期： 2007 年 11 月 8 日指导教师： 组号： 实验时间： 18 时 0 分 20 时 0 分
