古典密码学上机实验
实验一、传统密码算法
一、实验目的及任务
通过编程实现替代密码算法和置换密码算法，加深对古典密码体制的了解，为深入学习密码学奠定基础
二、实验环境
运行Windows操作系统的PC机，具有C语言编译环境。
三、实验原理
古典密码算法历史上曾被广泛应用,大都比较简单,使用手工和机械操作来实现加密和解密.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.下面介绍两种常见的具有代表性的古典密码算法,以帮助读者对密码算法建立一个初步的印象.
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它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.
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——.
1）下面我们先介绍一种典型的单表替代密码,恺撒(caesar)密码,又叫循环移位密码.它的加密方法,就是将明文中的每个字母用此字符在字母表中后面第k个字母替代.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7,设k=4,则按照上式计算出来的密文为L:
E(7) = (m+k) mod n = (7+4) mod 26 = 11 = L
2）下面是一种典型的多表替代密码：维吉尼亚密码，它选择一个词组作为密钥，密钥中每个字母用来确定一个代换表，每个密钥字母用来加密一个明文字母。例如密钥字母为a，明文字母为c，则密文字母为0+2(mod26)=2，也就是c。直到所有的密钥字母用完，后再从头开始，使用第一个密钥字母加密。也就是说，密钥循环使用。
例：明文为attack begins at five，密钥为cipher，
attack begins at five 明文
＋ cipher cipher ci pher 密钥
----------------------------------------------
＝ cbihgb dmvprj cb upzv 密文
去除空格后为cbihgbdmvprjcbupzv
2. 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.例如,明文为attack begins at five,密钥为cipher,将明文按照每行6列的形式排在矩阵中,形成如下形式:
a t t a c k
b e g i n s
a t f i v e
根据密钥cipher中各字母在字母表中出现的先后顺序,给定一个置换:
1 2 3 4 5 6
F= 1 4 5 3 2 6 1
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,则有下面形式:
a a c t t k
b i n g e s
a i v f t e
从而得到密文:abatgftetcnvaiikse
其解密的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.
四、 实验步骤
（1）根据实验原理部分对替代密码算法的介绍,自己创建明文信息,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.
（2）根据实验原理部分对置换密码算法的介绍,自己创建明文信息,并选择一个密钥,编写置换密码算法的实现程序,实现加密和解密操作.
五：实验结果：
1：L
2：abatgftetcnvaiikse
六、实验思考题
1：替代密码的原理是什么？
2：置换密码的原理是什么？
替代密码代码如下：
#include
#include
#include
#define N 500
int main() {
int i=0,k,m,n,l;
char str1[N],str2[N];
/*C=M+K...K is key...*/
printf("输入要加密的明文M\n");
gets(str1);/*输入要加密的明文M*/
printf("输入密钥K\n");
scanf("%d",&k);/*输入密钥K*/
m=strlen(str1);/*测试明文的长度*/
printf("明文的长度是%d\n",m);
printf("\n *\n *\n *\n***\n *\n");
printf("ciphertext(C) is ::\n\n");
for(i=0;i96&&n<123)/*对小写进行加密*/{
n=(n-97+k)%26;
if(n<0)
n=26+n;
l=(char)(n+97);
printf("%c",l);
str2[i]=l;
}
else if(n>64&&n<91)/*对大写进行加密*/{
n=(n-65+k)%26;
if(n<0)
n=26+n;
l=(char)(n+97);
printf("%c",l);
str2[i]=l;
}
}
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)/*对小写进行解密*/{
n=(n-97-k)%26;
if(n<0)n=26+n;
l=(char)(n+97);
printf("%c",l);
}
else if(n>64&&n<91)/*对大写进行解密*/{
n=(n-65-k)%26;
if(n<0)
n=26+n;
l=(char)(n+97);
printf("%c",l);
}
}
str1[i]='\0';
return 0;
}
#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],Temp3[N];
/*----------------------------*/
printf("输入明文M\n");/*输入明文M*/
gets(M);
printf("输入密钥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;i