内容发布更新时间 : 2024/9/25 15:25:44星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
应用密码学实验一 古典密码
一、实验目的
学习常见的古典密码学算法，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、实验要求
分析替代密码算法和置换密码算法的功能需求，详细设计实现替代密码算法和置换密码算法的数据结构和流程，给出测试用例和测试步骤，得出测试和结论。
三、实验原理
古典密码算法曾被广泛应用，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
替代密码的原理是使用替代法进行加密，就是将明文由其它的字母、数字或符合所代替后形成密文。这里每个明文字母对应的密文字母可能是一个，也可能是多个。接收者对密文进行逆向替换即可得到明文。替代密码有五种表现形式： 1单表代替 ○
即简单替代密码或者称为单字母代替，明文字母表中的一个字符对应密文字母表中的一个字符。这是所有加密中最简单的方法。 2多表代替 ○
即由多个简单代替组成，也就是使用了两个或两个以上的代替表。比如使用有5个简单代替表的代替密码，明文的第一个字母用第一个代替表，第二个字母用第二个表，第三个字母用第三个表，以此类推，循环使用这五张代替表。多表代替密码由莱昂.巴蒂斯塔于1568年发明，著名的维吉尼亚密码和博福特密码均是多表代替密码。
关于单表替代密码——凯撒(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字母表中该字母后的第R个字母来替换，达到加密的目的。它的加密过程可以表示为下面的函数：
E(m)?(m?k)modn
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8，设k?4，则按照上式计算出来的密文为L，计算过程如下：
E(8)?(m?k)modn?(8?4)mod26?12?L
２．置换密码
置换密码算法的原理是不改变明文字符，而是按照某一规则重新排列消息中的比特或字符顺序，才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定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的字母，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个字母的形式排在矩阵中，形成如下
形式：
atbeattgfackins ive根据密钥cipher中各个字母在字母表中出现的先后顺序，给定一个置换：
?123456?f???
145326??根据上面的置换，将原有居住中的字母按照第１、第４、第５、第３、第２、第６列的顺序
排列，则有下面的形式：
aacbinaivtgftkes te从而得到密文：ａｂａｔｇｆｔｅｔｃｎｖａｉｉｋｓｅ
其解密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、实验环境
运行Windows或Linux操作系统的PC机，具有gcc（Linux）、VC（Windows）等C语言编译环境。
五、实验内容
1替代密码(移位密码）： ○
根据实验原理部分对替代密码算法的介绍，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置换密码： ○
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。
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。
六、思考题
1、你所知道的古典密码算法还有那些？详细说明具体的加密和解密过程。
恺撒密码。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)modn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8，设k=4，则按照上式计算出来的密文为L：E(8)=(m+k)modn=(8+4)mod26=12=L2
2、你所看过的和密码有关的电影或小说有哪些？描述一下其中的加密解密基本原理。 达芬奇密码中把字母按数列变顺序，是简单的数字与英语字母的转换。