實(shí)驗(yàn)1-古典密碼算法

1、實(shí)驗(yàn)1古典密碼算法一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^編程實(shí)現(xiàn)替代密碼算法和置換密碼算法，加深對(duì)古典密碼體系的了解，為以后深入學(xué)習(xí)密碼學(xué)奠定基礎(chǔ)。二、 實(shí)驗(yàn)原理古典密碼算法曾被廣泛應(yīng)用，大都比較簡(jiǎn)單。它的主要應(yīng)用對(duì)象是文字信息，利用密碼算法實(shí)現(xiàn)文字信息的加密和解密。其中替代密碼和置換密碼是具有代表性的兩種古典密碼算法。1、 替代密碼 替代密碼算法的原理是使用替代法進(jìn)行加密，就是將明文中的字符用其他字符替代后形成密文。例如，明文字母a、b、c、d，用D、E、F、G做對(duì)應(yīng)替換后形成密文。最早的替代密碼是由Julius Caesar 發(fā)明的Caesar （愷撒）密碼，又叫循環(huán)移位密碼。它的加密過程可以表示為下面的函數(shù)

2、： E(m) = (m+k ) mod n其中，m為明文字母在字母表中的位置數(shù)；n為字母表中的字母?jìng)€(gè)數(shù)；k為密鑰；E(m)為密文字母在字母表中對(duì)應(yīng)的位置數(shù)。 例如，對(duì)于明文字母H，其在字母表中的位置數(shù)為8，設(shè)k=4，則按照上式計(jì)算出來的密文為L(zhǎng)，計(jì)算過程如下： E(8) = (m+k ) mod n = (8+4 ) mod 26 = 12 = L解密算法是：m = D(L) =（L-k）mod 262、 置換密碼置換密碼算法的原理是不改變明文字符，只將字符在明文中的排列順序改變，從而實(shí)現(xiàn)明文信息的加密。置換密碼又稱為換位密碼。矩陣換位法是實(shí)現(xiàn)置換密碼的一種常用方法。它將明文中的字母按照給定的

3、順序安排在一個(gè)矩陣中，然后又根據(jù)密鑰提供的順序重新組合矩陣中的字母，從而形成密文。例如，明文為 attack begins at five ，密鑰為 cipher ，將明文按照每行6個(gè)字母的形式排在矩陣中，形成如下形式： attack begins atfive根據(jù)密鑰 cipher 中各字母在字母表中出現(xiàn)的先后順序，得到給定的一個(gè)置換： f = 1 4 5 3 2 6因此有： 密鑰： 145326 明文： attack begins atfive根據(jù)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、則有下面的形式：aacttk binges aivf

4、te從而得到密文：abatgftetcnvaiikse其解密過程是根據(jù)密鑰的字母數(shù)作為列數(shù)，將密文按照列、行的順序?qū)懗?，再根?jù)由密鑰給出的矩陣置換產(chǎn)生新的矩陣，從而恢復(fù)明文。三、 實(shí)驗(yàn)環(huán)境PC機(jī)，C或C+編譯環(huán)境四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1、 替代算法：（1） 根據(jù)實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)離部分對(duì)替代密碼算法的介紹，創(chuàng)建明文信息，并選擇一個(gè)密鑰k，編寫替代密碼算法的實(shí)現(xiàn)程序，實(shí)現(xiàn)加密和解密操作。 替代密碼包括多種類型，如單表替代密碼、多明碼替代密碼、多字母替代密碼、多表替代密碼等。（2） 結(jié)果截圖：（3） 流程圖：開始創(chuàng)建明文信息輸入密鑰加密操作解密操作結(jié)束2、 置換算法（1） 置換密碼算法的原理是不改變明文字符，只

5、將字符在明文中的排列順序改變，從而實(shí)現(xiàn)明文信息的加密。置換密碼有時(shí)又稱為換位密碼。 矩陣換位法是實(shí)現(xiàn)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一個(gè)矩陣中，然后用根據(jù)密鑰提供的順序重新組合矩陣中字母，從而形成密文。（2） 實(shí)驗(yàn)截圖：（3）開始創(chuàng)建明文信息輸入密鑰加密操作解密操作結(jié)束1、 回答問題：試分析兩種密碼算法的安全性，以及如何改進(jìn)。替代密碼中使用特定的公式將結(jié)果加密并得到結(jié)果，以此并加以加密和解密，算法比較簡(jiǎn)單。置換密碼中使用二維數(shù)組對(duì)信息進(jìn)行加密和解密，這中工作使信息安全性更好一些2、 本次實(shí)驗(yàn)的體會(huì)總結(jié)。了解古典密碼算法并不代表能寫出來程序，除了寫程序要注意的各個(gè)細(xì)節(jié)，

6、還要將腦海里的想法轉(zhuǎn)化為流程圖并用c語言實(shí)現(xiàn)。感覺做出的程序并不是很好，替代算法簡(jiǎn)單一點(diǎn)，置換算法花費(fèi)了大量的時(shí)間，還只是勉強(qiáng)成功。意識(shí)到自己太弱，還需要付出更多的努力。替代密碼：#include<stdio.h> #include<math.h> #include<string.h> #include<conio.h>#define N 500 int main() int i=0,k,m,n,l; char str1N,str2N; /*C=M+K.K is key.*/ textbackground(RED);textcolor(LIGHT

7、GREEN);clrscr(); printf("This is a code password program.n"); printf("Please input proclaimed in writing(M):n"); gets(str1);/*輸入要加密的明文M*/ printf("Please input the key(K)(int):n"); scanf("%d",&k);/*輸入密鑰K*/ m=strlen(str1);/*測(cè)試明文的長(zhǎng)度*/ printf("The M lengt

8、h is %dn",m); printf("ciphertext(C) is :nn"); for(i=0;i<m;i+)/*加密的過程*/ n=(int)str1i;/*將字符轉(zhuǎn)換成ASCII*/ if(str1i=' ')/*如果字符串中出現(xiàn)空格返回空格*/ printf(" "); str2i=str1i; else if(n>96&&n<123)/*對(duì)小寫進(jìn)行加密*/ n=(n-97+k)%26; if(n<0) n=26+n; l=(char)(n+97); printf(&qu

9、ot;%c",l); str2i=l; else if(n>64&&n<91)/*對(duì)大寫進(jìn)行加密*/ n=(n-65+k)%26; if(n<0) n=26+n; l=(char)(n+97); printf("%c",l); str2i=l; str2i='0' /*-*/ printf("nnThe C length is %d",strlen(str2); printf("When the ciphertext is '%s',nThe password prog

10、ram is.:nn",str2); m=strlen(str2); for(i=0;i<m;i+)/*解密過程*/ n=(int)str2i;/*將字符轉(zhuǎn)換成ASCII*/ if(str2i=' ')/*如果是空格，返回的也是空格*/ printf(" "); else if(n>96&&n<123)/*對(duì)小寫進(jìn)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&

11、&n<91)/*對(duì)大寫進(jìn)行解密*/ n=(n-65-k)%26; if(n<0) n=26+n; l=(char)(n+97); printf("%c",l); str1i='0' getch(); return 0; 置換算法:#include<stdio.h> #include<math.h> #include<string.h>#include<conio.h> #define N 100 int main() /*-*/ int i,j,lenK,lenM,m,n,temp; int

12、 TN; char KN,MN,CN,Temp1N,Temp2N,Temp3N;textbackground(GREEN);textcolor(RED); clrscr(); /*-*/ printf("This is a substitution cipher.n"); printf("Please input the M:n");/*輸入明文M*/ gets(M); printf("Please input the K:n");/*輸入密鑰K*/ gets(K); lenK=strlen(K); lenM=strlen(M);/*

13、測(cè)設(shè)長(zhǎng)度*/ m=lenM/lenK; n=lenK;/*定義矩陣的長(zhǎng)和寬*/ for(i=0;i<lenK;i+)/*對(duì)密鑰進(jìn)行數(shù)字排序*/ temp=0; for(j=0;j<lenK;j+) if(int)Ki<(int)Kj) temp+=1; Ti=lenK-temp; printf("%d ",Ti);/*輸出各字符對(duì)應(yīng)的數(shù)字順序*/ /*-*/ printf("nnFirst.nn"); for(i=0;i<m;i+)/*根據(jù)密鑰將明文排列成矩陣*/ for(j=0;j<n;j+) Temp1i*lenK+j=

14、Mi*lenK+j; printf("%c ",Temp1i*lenK+j); printf("n"); Temp1lenM='0' /*-*/ printf("nSecond.nn");/*進(jìn)行第一次置換*/ for(i=0;i<lenK;i+) for(j=0;j<m;j+) Temp2j*lenK+i=Temp1j*lenK+Ti-1; Temp2lenM='0' for(i=0;i<m;i+) for(j=0;j<lenK;j+) printf("%c ",Temp2i*lenK+j); printf("n"); /*-*/ printf("nThird.nn");/*進(jìn)行第二次置換*/ for(i=0;i<lenK;i+) for(j=0;j<m;j+) Temp3j*lenK+i=Temp2j*lenK+Ti-1; Temp3lenM='0' for(i=0;i<m;i+) for(j=0;j<l