古典密碼學上機實驗

實驗

一、傳統密碼演算法

一、實驗目的及任務

通過程式設計實現替代密碼演算法和置換密碼演算法，加深對古典密碼體制的了解，為深入學習密碼學奠定基礎

二、實驗環境

執行windows作業系統的pc機，具有c語言編譯環境。

三、實驗原理

古典密碼演算法歷史上曾被廣泛應用,大都比較簡單,使用手工和機械操作來實現加密和解密.它的主要應用物件是文字資訊,利用密碼演算法實現文字資訊的加密和解密.下面介紹兩種常見的具有代表性的古典密碼演算法,以幫助讀者對密碼演算法建立乙個初步的印象.

1. 替代密碼

替代密碼演算法的原理是使用替代法進行加密,就是將明文中的字元用其它字元替代後形成密文.例如:明文本母a,b,c,d ,用d,e,f,g做對應替換後形成密文.

替代密碼包括多種型別,如單錶替代密碼,多明碼替代密碼,多字母替代密碼,多表替代密碼——.

1）下面我們先介紹一種典型的單錶替代密碼,愷撒(caesar)密碼,又叫迴圈移位密碼.它的加密方法,就是將明文中的每個字母用此字元在字母表中後面第k個字母替代.它的加密過程可以表示為下面的函式:

e(m)=(m+k) mod n

其中:m為明文本母在字母表中的位置數;n為字母表中的字母個數;k為金鑰;e(m)為密文字母在字母表中對應的位置數.

例如,對於明文本母h,其在字母表中的位置數為7,設k=4,則按照上式計算出來的密文為l:

e(7) = (m+k) mod n = (7+4) mod 26 = 11 = l

2）下面是一種典型的多表替代密碼：維吉尼亞密碼，它選擇乙個片語作為金鑰，金鑰中每個字母用來確定乙個代換表，每個金鑰字母用來加密乙個明文本母。例如金鑰字母為a，明文本母為c，則密文字母為0+2(mod26)=2，也就是c。直到所有的金鑰字母用完，後再從頭開始，使用第乙個金鑰字母加密。也就是說，金鑰迴圈使用。

例：明文為attack begins at five，金鑰為cipher，

attack begins at five 明文

＋ cipher cipher ci pher 金鑰

＝ cbihgb dmvprj cb upzv 密文

去除空格後為cbihgbdmvprjcbupzv

2. 置換密碼

置換密碼演算法的原理是不改變明文本元,只將字元在明文中的排列順序改變,從而實現明文資訊的加密.置換密碼有時又稱為換位密碼.

矩陣換位法是實現置換密碼的一種常用方法.它將明文中的字母按照給的順序安排在乙個矩陣中,然後用根據金鑰提供的順序重新組合矩陣中字母,從而形成密文.例如,明文為attack begins at five,金鑰為cipher,將明文按照每行6列的形式排在矩陣中,形成如下形式:

a t t a c k

b e g i n s

a t f i v e

根據金鑰cipher中各字母在字母表中出現的先後順序,給定乙個置換:

1 2 3 4 5 6

f= 1 4 5 3 2 6 1

根據上面的置換,將原有矩陣中的字母按照第1列,第4列,第5列,第3列,第2列,第6列的順序排列,則有下面形式:

a a c t t k

b i n g e s

a i v f t e

從而得到密文:abatgftetcnvaiikse

其解密的過程是根據金鑰的字母數作為列數,將密文按照列,行的順序寫出,再根據由金鑰給出的矩陣置換產生新的矩陣,從而恢復明文.

四、實驗步驟

（1）根據實驗原理部分對替代密碼演算法的介紹,自己建立明文資訊,並選擇乙個金鑰k,編寫替代密碼演算法的實現程式,實現加密和解密操作.

（2）根據實驗原理部分對置換密碼演算法的介紹,自己建立明文資訊,並選擇乙個金鑰,編寫置換密碼演算法的實現程式,實現加密和解密操作.

五：實驗結果：

1：l2：abatgftetcnvaiikse

六、實驗思考題

1：替代密碼的原理是什麼？

2：置換密碼的原理是什麼？

替代密碼**如下：

#include#include#include#define n 500
int main() 
else if(n>64&&n<91)/*對大寫進行加密*/
}	str2[i]='\0';
/*--------------------------------*/
printf("\n\nthe c length is %d",strlen(str2));
printf("\n\n *\n *\n *\n***\n *\n");
printf("when the ciphertext is '%s',\nthe password program is...::\n\n",str2);
m=strlen(str2);
for(i=0;i96&&n<123)/*對小寫進行解密*/
else if(n>64&&n<91)/*對大寫進行解密*/
}	str1[i]='\0';
return 0;
}

置換密碼**如下：

#include#include#include#define n 100

int main(){

/*----------------------------*/

int i,j,lenk,lenm,m,n,temp;

int t[n];

char k[n],m[n],c[n],temp1[n],temp2[n],te***[n];

/*----------------------------*/

printf("輸入明文m\n");/*輸入明文m*/

gets(m);

printf("輸入金鑰k\n");/*輸入金鑰k*/

gets(k);

lenk=strlen(k);

lenm=strlen(m);/*測設長度*/

m=lenm/lenk;

n=lenk;/*定義矩陣的長和寬*/

for(i=0;i

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