密碼學(xué)實驗----

1、密碼學(xué)與信息安全實驗報告專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 2015年 6 月 5 日實驗一 古典密碼實驗1 實驗?zāi)康?.理解代替密碼學(xué)加密過程 2.理解置換密碼學(xué)加密過程2 實驗內(nèi)容1手動完成Caesar密碼2Caesar加密3Caesar密碼分析4單表置換密碼5單表置換密碼分析3 實驗過程本練習(xí)主機A、B為一組，C、D為一組，E、F為一組。 首先使用“快照X”恢復(fù)Windows系統(tǒng)環(huán)境。1手動完成Caesar密碼（1）在實驗原理部分我們已經(jīng)了解了Caesar密碼的基本原理，那么請同學(xué)們寫出當(dāng)密鑰k=3時，對應(yīng)明文：data security has evolved rapidly的密文：dat

2、a security has evolved rapidly 。（2）進(jìn)入實驗平臺，單擊工具欄中的“密碼工具”按鈕，啟動密碼工具，在向?qū)^(qū)點擊“Caesar密碼”。在明文輸入?yún)^(qū)輸入明文：data security has evolved rapidly。將密鑰k調(diào)節(jié)到3，查看相應(yīng)的密文，并與你手動加密的密文進(jìn)行比較。 請根據(jù)密鑰驗證密文與明文對應(yīng)關(guān)系是否正確。2Caesar加密（1）進(jìn)入“加密解密”“Caesar密碼”視圖，在明文輸入?yún)^(qū)輸入明文（明文應(yīng)為英文），單擊“加密”按鈕進(jìn)行加密。 請將明文記錄在這里：I am a stident 。（2）調(diào)節(jié)密鑰k的微調(diào)按鈕或者對照表的移位按鈕，選擇合

3、適的密鑰k值，并記下該密鑰k值用于同組主機的解密。加密工作完成后，單擊“導(dǎo)出”按鈕將密文默認(rèn)導(dǎo)出到Caesar共享文件夾(D:WorkEncryptionCaesar)中，默認(rèn)文件名為Caesar密文.txt。 （3）通知同組主機接收密文，并將密鑰k通告給同組主機。6（4）單擊“導(dǎo)入”按鈕，進(jìn)入同組主機WorkEncryptionCaesar目錄（同組主機IPWorkEncryptionCaesar），打開Caesar密文.txt。（5）調(diào)節(jié)密鑰k的微調(diào)按鈕或?qū)φ毡淼囊莆话粹o，將k設(shè)為同組主機加密時的密鑰k值，這時解密已經(jīng)成功。請將明文寫出：I am a stident 。 （6）將解密后的明

4、文與同組主機記錄的明文比較，請對比明文是否相同。3Caesar密碼分析（1）本機進(jìn)入“密碼工具”“加密解密”“Caesar密碼”，在明文輸入?yún)^(qū)輸入明文（要求明文有一定的意義以便讓同組主機分析）。 請將明文記錄在這里：I am a stident 。（2）調(diào)節(jié)密鑰k的微調(diào)按鈕或者對照表的移位按鈕，選擇合適的密鑰k值完成Caesar加密，單擊“導(dǎo)出”按鈕，將密文默認(rèn)導(dǎo)出到Caesar共享文件夾中。（3）通告同組主機（不要通告密鑰值k）密文已經(jīng)放在共享文件夾中，讓同組主機獲取密文。 （4）單擊“導(dǎo)入”按鈕將同組主機Caesar密文導(dǎo)入。 （5）調(diào)節(jié)密鑰k的微調(diào)按鈕或者對照表的移位按鈕來調(diào)節(jié)密鑰，從而

5、進(jìn)行密碼分析（平均13次，最壞26次破解）。請將破解出的明文和密鑰記錄在這里： 密鑰k= 6 。 明文I am a stident 。（6）將破解后的密鑰和明文與同組主機記錄的密鑰和明文比較。如果不同請調(diào)節(jié)密鑰k繼續(xù)破解。4單表置換密碼（1）單擊“密碼工具”按鈕，進(jìn)入“加密解密”“單表置換”“加密/解密”視圖，與同組主機協(xié)商好一個密鑰詞組k= i am a student . （2）根據(jù)“單表置換”實驗原理計算出置換表。（3）計算完成置換表以后，在明文輸入?yún)^(qū)輸入明文，單擊“加密”按鈕用置換表的對應(yīng)關(guān)系對明文進(jìn)行加密，加密完成后，單擊“導(dǎo)出”按鈕，將密文導(dǎo)出到SingleTable共享目錄中，并

6、通告同組主機獲取密文。 請將明文記錄在這里：data security has evolved rapidly。 （4）單擊“導(dǎo)入”按鈕將同組主機單表置換密文導(dǎo)入，根據(jù)同組主機置換表完成本機置換表，單擊“解密”按鈕對密文進(jìn)行解密。（5）本機將解密后的明文與同組主機記錄的明文對照，如果雙方的明文一致，則說明實驗成功，否則說明本機或同組主機的置換表計算錯誤。5單表置換密碼分析 （1）圖5-2-1是由統(tǒng)計學(xué)得出的英文字母相對頻率表。圖5-2-1 由圖5-2-1可以看出，英文字母E出現(xiàn)的頻率最高，而J和Z出現(xiàn)的頻率最低，這樣，就可以通過英文字母出現(xiàn)的頻率大致上判定單表置換密碼的置換表，從而得到明文。

7、（2）本機進(jìn)入“密碼工具”“加密解密”“單表置換”“密碼分析”頁面，單擊“導(dǎo)入”按鈕，將密文“單表置換密碼分析密文.txt”導(dǎo)入，單擊“統(tǒng)計”按鈕，統(tǒng)計密文中每個字母出現(xiàn)的頻率，回答下列問題： 在密文中出現(xiàn)頻率最高的字母是 A 與上表比較，它可能是由字母 E 置換的。 （3）置換表組框中點擊“解密”按鈕，這時將得到一個明文。然而此時的明文并不是最終要得到的，可以通過明文的特征和各個字母的比例來調(diào)節(jié)置換表中的對應(yīng)關(guān)系，從而得到正確的明文。 例如，明文第一段和置換表如圖5-2-2所示。圖5-2-2根據(jù)明文我們可猜測圖中畫線的單詞“soe dldar”應(yīng)該為“she didnt”。首先在置換表中找到

8、明文小寫字母o對應(yīng)的密文大寫字母E，然后改變置換表，使猜測的h對應(yīng)E，依此類推則i對應(yīng)F，n對應(yīng)M，t對應(yīng)T，變換后的置換表如圖5-2-3所示。圖5-2-3 單擊“解密”按鈕，得到明文如圖5-2-4所示。圖5-2-4依此類推便可以得到明文，請根據(jù)你的置換表填寫表5-2-1。4 結(jié)論古典密碼算法曾經(jīng)被廣泛應(yīng)用，大都比較簡單，使用手工和機械操作來實現(xiàn)加密和解密。它的主要對象是文字信息，利用密碼算法實現(xiàn)文字信息的加密和解密。古典密碼學(xué)可以分為代替密碼（也叫做移位密碼）和置換密碼（也叫做換位密碼）兩種，其中代替密碼典型的有Caesar密碼，數(shù)乘密碼和仿射變換等，置換密碼有單表置換和多表置換等。15實驗

9、二 分組密碼實驗1 實驗?zāi)康?.理解對稱加密算法的原理和特點2.理解DES算法的加密原理3理解AES算法的加密原理 2 實驗內(nèi)容1DES加密解密2DES算法3AES加密解密4AES算法3 實驗過程 本練習(xí)主機A、B為一組，C、D為一組，E、F為一組。 首先使用“快照X”恢復(fù)Windows系統(tǒng)環(huán)境。1DES加密解密 （1）本機進(jìn)入“密碼工具”“加密解密”“DES加密算法”“加密/解密”頁簽，在明文輸入?yún)^(qū)輸入明文：i am a student,you are a pig。（2）在密鑰窗口輸入8（64位）個字符的密鑰k，密鑰k= students 。單擊“加密”按鈕，將密文導(dǎo)出到DES文件夾（D:W

10、orkEncryptionDES）中，通告同組主機獲取密文，并將密鑰k告訴同組主機。 （3）單擊“導(dǎo)入”按鈕，從同組主機的的DES共享文件夾中將密文導(dǎo)入，然后在密鑰窗口輸入被同組主機通告的密鑰k，點擊“解密”按鈕進(jìn)行DES解密。 （4）將破解后的明文與同組主機記錄的明文比較。2DES算法本機進(jìn)入“密碼工具”“加密解密”“DES加密算法”“演示”頁簽,向64位明文中輸入8個字符（8*8bit=64），向64位密鑰中輸入8個字符（8*8bit=64）。點擊“加密”按鈕。完成加密操作，分別點擊“初始置換”、“密鑰生成演示”、“十六輪加密變換”和“終結(jié)置換”按鈕，查看初始置換、密鑰生成演示、十六輪加密

11、變換和終結(jié)置換的詳細(xì)加密操作流程。3AES加密解密 （1）本機進(jìn)入“密碼工具”“加密解密”“AES加密算法”“加密/解密”頁簽，在明文輸入?yún)^(qū)輸入明文：i am a student,you are a pig。（2）在密鑰窗口輸入16（128位）個字符的密鑰k，要記住這個密鑰以用于解密，密鑰k= ilikechinesebest。單擊“加密”按鈕，將密文導(dǎo)出到AES文件夾（D:WorkEncryptionAES）中，通告同組主機獲取密文，并將密鑰k告訴同組主機。 （3）單擊“導(dǎo)入”按鈕，從同組主機的AES共享文件夾中將密文導(dǎo)入，然后在密鑰窗口輸入被同組主機通告的密鑰k，點擊“解密”按鈕進(jìn)行AES

12、解密。 （4）將破解后的明文與同組主機記錄的明文比較。4AES算法進(jìn)入“密碼工具”“加密解密”“AES加密算法”“演示”頁簽。輸入128位明文與密鑰，執(zhí)行加密操作，查看各演示模塊。 根據(jù)實驗原理中對AES加密算法的SubBytes變換和ShiftRows變換的介紹，對于以下給出的狀態(tài)矩陣：請計算它的SubBytes變換，以及經(jīng)過SubBytes變換之后，再經(jīng)過ShiftRows變換的結(jié)果。4 結(jié)論對稱密鑰加密機制即對稱密碼體系，也稱為單鑰密碼體系和傳統(tǒng)密碼體系。對稱密碼體系通常分為兩大類，一類是分組密碼（如DES、AES算法），另一類是序列密碼（如RC4算法）。實驗三 公鑰密碼實驗1 實驗?zāi)康?/p>

13、1.了解非對稱加密機制2.理解RSA算法的加密原理 3.理解ELGamal算法的加密原理2 實驗內(nèi)容1RSA生成公私鑰及加密解密過程演示2RSA加密解密3ELGamal生成公鑰及加密解密過程演示4ELGamal加密解密3 實驗過程本練習(xí)主機A、B為一組，C、D為一組，E、F為一組。 首先使用“快照X”恢復(fù)Windows系統(tǒng)環(huán)境。一RSA生成公私鑰及加密解密過程演示 （1）本機進(jìn)入“密碼工具”“加密解密”“RSA加密算法”“公私鑰”頁簽，在生成公私鑰區(qū)輸入素數(shù)p和素數(shù)q，這里要求p和q不能相等（因為很容易開平方求出p與q的值）并且p與q的乘積也不能小于127（因為小于127不能包括所有的ASCI

14、I碼，導(dǎo)致加密失敗），你選用的素數(shù)p與q分別是：p= 53 ；q= 67 。 （2）單擊“隨機選取正整數(shù)e”下拉按鈕，隨機選取e，e= 1099 。 （3）單擊“生成公私鑰”按鈕生成公私鑰，記錄下公鑰 (1099,3551) ，私鑰 (1627,3551) 。 （4）在公私鑰生成演示區(qū)中輸入素數(shù)p= 53 和素數(shù)q= 67 ，還有正整數(shù)e= 1099 。 單擊“開始演示”按鈕查看結(jié)果，填寫表3-1-1。表3-1-1 公私鑰生成演示結(jié)果私鑰d1627私鑰n3551公鑰e1099公鑰n3551 （5）在加/解密演示區(qū)中輸入明文m= 2255，公鑰n= 3551（mn），公鑰e= 1099 。單擊“

15、加密演示”按鈕，查看RSA加密過程，然后記錄得到的密文c= 2402 。 （6）在密文c編輯框輸入剛剛得到的密文，分別輸入私鑰n= 3551 ，私鑰d= 1627 ，點擊“解密演示”按鈕，查看RSA解密過程，然后記錄得到的明文m= 2255 。 （7）比較解密后的明文與原來的明文是否一致。根據(jù)實驗原理中對RSA加密算法的介紹，當(dāng)素數(shù)p=13，素數(shù)q=17，正整數(shù)e=143時，寫出RSA私鑰的生成過程：當(dāng)公鑰e=143時，寫出對明文m=40的加密過程（加密過程計算量比較大，請使用密碼工具的RSA工具進(jìn)行計算）：利用生成的私鑰d，對生成的密文進(jìn)行解密：二RSA加密解密 （1）本機在生成公私鑰區(qū)輸入

16、素數(shù)p和素數(shù)q，這里要求p和q不能相等，并且p與q的乘積也不能小于127，記錄你輸入的素數(shù)，p= 23 ，q= 19 。 （2）點擊“隨機選取正整數(shù)e:”下拉按鈕，選擇正整數(shù)e，e= 149 。 （3）點擊“生成公私鑰”按鈕生成公私鑰，記錄下公鑰e= 149 ， n= 437 ；私鑰d= 101 ， n= 437 。將自己的公鑰通告給同組主機。 （4）本機進(jìn)入“加密/解密”頁簽，在“公鑰e部分”和“公鑰n部分”輸入同組主機的公鑰，在明文輸入?yún)^(qū)輸入明文：112233445566 。 單擊“加密”按鈕對明文進(jìn)行加密，單擊“導(dǎo)出”按鈕將密文導(dǎo)出到RSA共享文件夾（D:WorkEncryptionRS

17、A）中，通告同組主機獲取密文 292,292,255,255,337,337,219,219,249,249,289,289。 （5）進(jìn)入“加密/解密”頁簽，單擊“導(dǎo)入”按鈕，從同組主機的RSA共享文件夾中將密文導(dǎo)入，點擊“解密 ”按鈕，切換到解密模式，在“私鑰d部分”和“私鑰n部分”輸入自己的私鑰，再次點擊“解密”按鈕進(jìn)行RSA解密。 （6）將破解后的明文與同組主機記錄的明文比較。三ELGamal生成公鑰及加密解密過程演示 （1）本機進(jìn)入“密碼工具”“加密解密”“ELGamal加密算法”“公鑰”頁簽，輸入素數(shù)p，這里要求p不能小于127,記錄你輸入的素數(shù)p= 163 。 單擊“本原元素g”下

18、拉按鈕，選擇本原元素g= 159 。 輸入私鑰X，X在區(qū)間0, p)上，記錄下私鑰用于解密，x= 155 。 點擊“生成公鑰”按鈕生成公鑰，記錄下公鑰y= 130 。 （2）在公鑰生成演示區(qū)中輸入素數(shù)p= 163 ,本原元素g= 159，私鑰x= 155 。 單擊“開始演示”按鈕查看ELGamal算法生成公鑰過程，記錄下公鑰y= 130 。 （3）在加密演示區(qū)中輸入明文m= 111 ，素數(shù)p= 163 ，本原元素g= 159 ，公鑰y= 130 ，和隨機數(shù)x= 155 。 單擊“開始演示”按鈕，查看ELGamal加密過程，記錄密文C1= 130 ，C2= 101 。 （4）在解密演示區(qū)中輸入剛剛得到的密文