华科大密码学课程设计实验报告

一、实验背景随着信息技术的飞速发展，信息安全问题日益突出。

密码学作为保障信息安全的核心技术，在数据加密、身份认证、数字签名等领域发挥着重要作用。

为了加深对密码学原理的理解，提高实际应用能力，我们开展了本次密码学案例实验。

二、实验目的1. 掌握DES加密算法的基本原理和操作步骤。

2. 熟悉RSA加密算法的原理和应用。

3. 学习数字签名技术的应用。

4. 培养动手实践能力，提高解决实际问题的能力。

三、实验内容1. DES加密算法（1）实验目的：了解DES加密算法的基本原理，掌握DES加密和解密过程。

（2）实验内容：① 设计一个简单的DES加密程序，实现明文到密文的转换。

② 设计一个简单的DES解密程序，实现密文到明文的转换。

（3）实验步骤：① 编写DES加密程序，输入明文和密钥，输出密文。

② 编写DES解密程序，输入密文和密钥，输出明文。

2. RSA加密算法（1）实验目的：了解RSA加密算法的基本原理，掌握RSA加密和解密过程。

（2）实验内容：① 设计一个简单的RSA加密程序，实现明文到密文的转换。

② 设计一个简单的RSA解密程序，实现密文到明文的转换。

（3）实验步骤：① 编写RSA加密程序，输入明文和密钥对，输出密文。

② 编写RSA解密程序，输入密文和私钥，输出明文。

3. 数字签名技术（1）实验目的：了解数字签名技术的基本原理，掌握数字签名的生成和验证过程。

（2）实验内容：① 设计一个简单的数字签名程序，实现签名生成和验证。

（3）实验步骤：① 编写数字签名程序，输入明文、私钥和签名算法，输出签名。

② 编写数字签名验证程序，输入明文、公钥和签名，验证签名是否正确。

四、实验结果与分析1. DES加密算法实验结果通过编写DES加密和解密程序，成功实现了明文到密文和密文到明文的转换。

实验结果表明，DES加密算法在保证数据安全的同时，具有较高的效率。

2. RSA加密算法实验结果通过编写RSA加密和解密程序，成功实现了明文到密文和密文到明文的转换。

密码学实验报告中文汉字的密码化实验1. 实验简介本实验旨在通过对中文汉字的密码化实验，探究密码学在信息安全领域中的应用。

在本实验中，我们将使用替换密码技术对中文汉字进行加密和解密，并评估其安全性和实用性。

2. 实验步骤2.1 选择密钥在开始实验之前，我们需要选择一个密钥。

密钥是密码算法的关键，它用于对明文进行加密和解密。

在本实验中，我们选择一个包含所有中文汉字的密钥表。

该密钥表将用于替换明文中的汉字，从而实现密码化。

2.2 加密过程加密过程涉及将明文中的汉字替换为对应的密钥表中的汉字。

我们将使用一种称为替换密码的技术来实现加密。

具体步骤如下：步骤一：准备明文 - 选择一段中文汉字作为明文。

步骤二：选择密钥表 - 使用预先准备好的密钥表，其中包含了所有中文汉字的替换映射关系。

步骤三：替换汉字 - 将明文中的每个汉字根据密钥表中的映射进行替换。

步骤四：生成密文 - 将替换后的汉字按照顺序组成密文。

2.3 解密过程解密过程即将密文还原为明文。

在我们的实验中，解密过程与加密过程密切相关，因为它需要使用相同的密钥表进行替换。

具体步骤如下：步骤一：准备密文 - 选择加密过程生成的密文作为输入。

步骤二：选择密钥表 - 使用和加密过程相同的密钥表。

步骤三：替换汉字 - 将密文中的每个汉字根据密钥表中的映射进行替换。

步骤四：生成明文 - 将替换后的汉字按照顺序组成明文。

3. 实验结果与讨论在本实验中，我们选择了一段中文汉字作为明文，并使用已准备好的密钥表进行加密和解密操作。

经过多次实验，我们得到了一些实验结果和相应的讨论。

3.1 加密结果经过加密过程，我们得到了一段由密文组成的结果。

加密后的密文将替换明文中的汉字，使其具有一定的保密性。

然而，我们也发现了一些问题：问题一：密文长度增加 - 密文的长度通常会大于明文的长度，这可能导致在传输和存储过程中的一些问题。

问题二：密钥表可预测 - 由于我们使用了固定的密钥表，攻击者有可能通过分析密文和明文之间的关系来推断出密钥表的内容。

密码学算法设计与实现的实验报告实验报告一、实验目的本实验的目的是设计和实现一个密码学算法，加深对密码学基本知识的理解，并掌握密码学算法设计与实现的方法。

二、实验原理本实验选取的密码学算法是AES（Advanced Encryption Standard）算法，该算法是一种对称加密算法，具有高度的安全性和广泛的应用。

AES算法基于替代、置换和混合技术，用于对数据进行加密和解密。

实现AES算法的关键是实现四个基本操作：字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。

其中字节替代和行移位不涉及密钥，可以使用固定的S-box和位移表进行计算；列混淆和轮密钥加需要根据密钥来计算。

三、实验步骤1. 设计并实现AES算法的主函数，控制加密和解密操作；2. 实现字节替代和行移位操作的代码，并通过测试验证正确性；3. 实现列混淆和轮密钥加操作的代码，并通过测试验证正确性；4. 设计并实现密钥扩展函数，用于生成轮密钥；5. 实现AES算法的加密函数和解密函数，通过测试验证正确性；6. 验证AES算法对数据进行加密和解密的正确性和安全性。

四、实验结果经过实验，AES算法实现的加密和解密功能正常，能够对数据进行可靠的保护。

验证加密函数和解密函数的正确性时，采用了多组不同的密钥和明文进行测试，结果都能够正确地实现加密和解密的逆操作。

五、实验心得体会通过本实验，我深入理解了AES算法的工作原理和实现方法，学会了使用替代、置换和混合技术对数据进行加密和解密。

在实验中，我不仅学习了密码学的基本知识，还锻炼了编程和算法设计的能力。

在实现算法的过程中，我特别注重代码的可读性和可维护性，采用了模块化和函数化的设计方法，使得代码逻辑清晰，易于理解和修改。

总之，本实验对于深入学习密码学和加密算法具有重要意义，通过动手实践，我不仅理解了密码学的基本原理，还培养了自主学习和解决问题的能力。

密码学实验报告摘要：本实验旨在通过实践掌握基本密码学算法的原理和应用。

在本次实验中我们完成了Caesar密码、仿射密码、VIC密码和Hill密码的加密和解密过程，并进行了相应的分析和评价。

实验结果表明，不同的密码算法有各自的优缺点，应根据具体需求进行选择。

一、实验目的1.了解基本密码学算法的原理和应用。

2.通过实践掌握Caesar密码、仿射密码、VIC密码和Hill密码的加密和解密过程。

3.分析和评价各个密码算法的优缺点。

二、实验原理Caesar密码：是一种非常简单的单字母替换密码。

按照字母表上旋转的位置，每个字母都用它在字母表中的下一个字母替代。

仿射密码：通过将明文中的每个字母转换为另一个字母，实现加密。

明文中的每个字母通过使用一组固定的数学函数进行加密。

随机选择这些函数，并按正确的顺序应用它们。

VIC密码：将某些字母替换为其他字母组合的运算称为置换。

VIC密码使用10个钥匙，其中每个钥匙是一个置换。

通过使用不同的键，VIC密码可以很容易地产生四十亿多个不同的密码。

Hill密码：是一种基于线性代数理论的密码算法。

对于一个给定的矩阵α，Hill密码通过将明文划分为每个字母，然后将其与矩阵α乘法来加密，最后将结果映射回字母表中的字母。

三、实验过程1.实现Caesar密码的加密和解密。

2.实现仿射密码的加密和解密。

3.实现VIC密码的加密和解密。

4.实现Hill密码的加密和解密。

5.对各个密码算法进行分析和评价。

四、实验结果1.在Caesar密码中，明文是将每个字母按照一定的步长向右或向左移动来进行加密。

由于其简单性，Caesar密码的加密和解密都很容易，但安全性较低。

2.仿射密码是Caesar密码的扩展版本。

通过随机选择两个数字，仿射密码在加密的过程中使用模运算和线性函数组合对明文进行加密。

由于消息加密和解密都使用数学功能进行计算，因此密钥空间大于Caesar，也比较安全。

3.VIC密码使用多个置换键（通常为10），交替使用它们来完成加密和解密过程。

第1篇一、实验背景密码学是一门研究信息加密与解密的学科，它广泛应用于信息安全领域。

为了更好地理解密码学的基本原理和算法，我们选择了实验吧平台上的密码学实验进行学习。

本次实验旨在通过实际操作，加深对古典密码、对称密码和不对称密码等密码学基本概念的理解，提高密码学应用能力。

二、实验目的1. 理解并掌握古典密码的基本原理和算法；2. 掌握对称密码和不对称密码的基本原理和算法；3. 通过实验操作，提高密码学应用能力；4. 培养团队协作和解决问题的能力。

三、实验内容1. 古典密码实验（1）仿射密码原理：仿射密码是一种单字母替换密码，加密公式为：C = (aP + b) mod 26，其中C为密文字母，P为明文字母，a和b为密钥。

操作步骤：1）编写加密函数encrypt，实现仿射密码加密；2）编写解密函数decrypt，实现仿射密码解密；3）测试加密和解密函数，验证其正确性。

（2）单表代替密码原理：单表代替密码是一种将明文字符映射到密文字符的替换密码。

操作步骤：1）编写加密函数subencrypt，实现单表代替密码加密；2）编写解密函数subdecrypt，实现单表代替密码解密；3）测试加密和解密函数，验证其正确性。

（3）维吉尼亚密码原理：维吉尼亚密码是一种多字母替换密码，加密公式为：C = (P + K[i]) mod 26，其中C为密文字母，P为明文字母，K为密钥，i为索引。

操作步骤：1）编写加密函数vigenereencrypt，实现维吉尼亚密码加密；2）编写解密函数vigeneredecrypt，实现维吉尼亚密码解密；3）测试加密和解密函数，验证其正确性。

2. 对称密码实验（1）DES加密算法原理：DES（Data Encryption Standard）是一种分组加密算法，采用56位密钥，64位分组。

操作步骤：1）编写DES加密函数desencrypt，实现DES加密；2）编写DES解密函数desdecrypt，实现DES解密；3）测试加密和解密函数，验证其正确性。

《密码学》课程设计实验报告实验序号：03 实验项目名称：分组密码工作模式分组工作模式具体说明➢电话本模式⏹直接利用分组密码对明文的各分组进行加密⏹缺点1.不能解决短块问题2.容易暴露明文的数据模式。

在计算机系统中，许多数据都具有某种固有的模式，这主要是由数据冗余和数据结构引起的。

例如，各种计算机语言的语句和指令都十分有限，因为在程序中便表现为少量的语句和指令的大量重复⏹流程图➢明密文链接模式⏹设明文M=(M1,⋯,M n)，相应的密文C=(C1,⋯,C n)C i={E(M i⊕Z,K), i=1E(M i⊕M i−1⊕C i−1,K), i=2,⋯,n⏹特点1.加解密错误传播无界2.无法处理短块⏹流程图➢密文链接模式⏹由于明密文链接模式具有加解密错误传播无界的特性，而磁盘等文件通常希望错误传播有界，这时可采用密文链接模式⏹设明文M=(M1,⋯,M n)，相应的密文C=(C1,⋯,C n)C i={E(M i⊕Z,K), i=1E(M i⊕C i−1,K), i=2,⋯,n⏹特点1.无法处理短块2.加密错误传播无界，解密错误传播有界➢输出反馈模式⏹将一个分组密码转换为一个密钥序列产生器，从而可以实现用分组密码按流密码的方式进行加解密。

⏹特点1.工作模式的安全性取决于分组密码本身的安全性2.可以解决短块加密3.无错误传播4.适用于加密冗余度较大的数据，例如语音和图像数据⏹流程图➢密文反馈模式⏹与输出反馈的工作原理基本相同，所不同的仅仅是反馈到移位寄存器R的不是E输出中的最右s位，而是密文c i的s位⏹流程图➢X CBC模式⏹X CBC模式解决了CBC模式要求明文数据的长度是密码分组长度的整数倍的限制，可以处理任意长的数据⏹优点1.可以处理任意长度的数据2.适用于计算产生检测数据完整性的消息认证码MAC⏹缺点1.使用3个密钥，密钥的存储和加解密控制都比较麻烦2.接受双方需要共享填充的消息长度➢CTR模式⏹与密文反馈工作模式和输出反馈工作模式一样，把分组密码转换为序列密码，在本质上是利用分组密码产生密钥序列，按序列密码的方式进行加密⏹优点1.可并行，效率高2.适合任意长度的数据3.加解密速度快⏹缺点1.没有错误传播，不适用于数据完整性验证⏹流程图五、分析与讨论1)分组密码不同的工作模式各有各的特点，例如有些工作模式需要处理短块，有些则不需要；有些模式具有错误传播无界的特性，有些则没有。

一、实验目的1. 理解并掌握常见的加密算法和密码体制的基本原理。

2. 学会使用密码学工具进行加密和解密操作。

3. 增强网络安全意识，提高对密码学在实际应用中的认识。

二、实验内容1. 仿射密码2. 单表代替密码3. 维吉尼亚密码4. AES加密算法三、实验原理1. 仿射密码：加密原理为将明文进行0~25字母编码，按照加密公式计算出密文对应位置的字母编码，最后从密文的字母编码还原出密文对应位置的字母。

解密原理与加密原理相反。

2. 单表代替密码：加密原理为利用代替表，将明文中的每个字符映射到密文。

解密原理为对代替表进行反向查找，由密文映射回明文。

3. 维吉尼亚密码：加密原理为通过加密方程Ci (pi k(i mod m)) mod 26，由明文得到密文。

解密原理为解密过程是加密过程的逆过程，通过解密方程pi (Cik(i mod m)) mod 26。

4. AES加密算法：是一种分组加密算法，将128位明文分为128位的数据块，使用密钥进行加密，得到128位的密文。

解密过程与加密过程相反。

四、实验步骤1. 仿射密码（1）选择明文：选择一段英文或数字，例如："Hello World！"（2）选择密钥：选择一个密钥a和模数m，例如：a=5，m=26。

（3）加密：将明文进行0~25字母编码，按照加密公式计算出密文对应位置的字母编码，最后从密文的字母编码还原出密文对应位置的字母。

（4）解密：将密文进行0~25字母编码，按照解密公式计算出明文对应位置的字母编码，最后从明文的字母编码还原出明文对应位置的字母。

2. 单表代替密码（1）构造代替表：选择一个代替表，将明文中的每个字符映射到密文。

（2）加密：将明文中的每个字符按照代替表进行映射，得到密文。

（3）解密：将密文中的每个字符按照代替表的逆映射，得到明文。

3. 维吉尼亚密码（1）选择密钥：选择一个密钥，例如："KEY"（2）加密：将明文和密钥进行异或操作，得到密文。

一、实验目的1. 了解密码学的基本概念和原理；2. 掌握常用的加密算法和解密算法；3. 学会使用密码学工具进行加密和解密操作；4. 培养学生的实践能力和创新思维。

二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 编程语言：Python3.83. 密码学库：PyCryptodome三、实验内容1. 加密算法实验1.1 实现DES加密算法1.2 实现AES加密算法1.3 实现RSA加密算法2. 解密算法实验2.1 使用DES解密算法解密加密数据2.2 使用AES解密算法解密加密数据2.3 使用RSA解密算法解密加密数据3. 密钥管理实验3.1 生成DES密钥3.2 生成AES密钥3.3 生成RSA密钥对4. 密码学工具使用实验4.1 使用PyCryptodome库进行加密和解密操作4.2 使用在线加密工具进行加密和解密操作四、实验步骤1. 加密算法实验1.1 实现DES加密算法1.1.1 导入PyCryptodome库中的DES模块；1.1.2 生成DES密钥；1.1.3 使用DES密钥对明文进行加密；1.1.4 输出加密后的密文。

1.2 实现AES加密算法1.2.1 导入PyCryptodome库中的AES模块；1.2.2 生成AES密钥；1.2.3 使用AES密钥对明文进行加密；1.2.4 输出加密后的密文。

1.3 实现RSA加密算法1.3.1 导入PyCryptodome库中的RSA模块；1.3.2 生成RSA密钥对；1.3.3 使用公钥对明文进行加密；1.3.4 输出加密后的密文。

2. 解密算法实验2.1 使用DES解密算法解密加密数据2.1.1 导入PyCryptodome库中的DES模块；2.1.2 使用DES密钥对密文进行解密；2.1.3 输出解密后的明文。

2.2 使用AES解密算法解密加密数据2.2.1 导入PyCryptodome库中的AES模块；2.2.2 使用AES密钥对密文进行解密；2.2.3 输出解密后的明文。

《密码学》课程设计实验报告实验序号：06 实验项目名称：数字签名RSA签名RSA签名核心代码说明由于在实验报告5中已经对RSA的相关代码进行了分析，这里主要给出签名和验签的代码。

在对某个二进制文件进行签名之前，我们首先需要计算其数据摘要，这里我们采用md5哈希算法，其对应的代码如下md5哈希算法在RSA的签名中，其实就是用私钥进行解密的过程，其对应的代码如下RSA签名其中解密对应的代码如下，pow函数提供了快速幂的功能RSA解密在RSA验签的过程中，其实就是用公钥进行加密的过程，其对应的代码如下RSA验签其中加密对应的算法如下RSA加密RSA签名实验结果演示首先是计算待签名文件的md5值md5结果对得到的md5值进行签名，可以得到如下的结果RSA签名结果对签名进行验签，可以发现成功验证签名验证签名ECC签名代码整体说明相关文件(ecc.py)由于在前面的ECC加解密(实验报告5)中已经对ECC的相关接口进行了介绍，这里我们不再重复。

这里主要给出签名和验签的主要流程签名的主要流程如下1.选择一个随机数k，k∈{1,2,⋯,n−1}2.计算点R(x R,y R)=kG，并记r=x R3.利用保密的解密钥d计算s=(Hasℎ(m)−dr)k−1 (mod n)4.以<r,s>作为消息m的签名，并以<m,r,s>的形式传输或者存储验签的主要流程如下1.计算s−1 (mod n)2.利用公开的加密钥Q计算U(x U,y U)=s−1(Hasℎ(m)G−rQ)3.如果x U=r，则<r,s>是用户A对m的签名ECC签名核心代码说明由于在实验报告5中已经对ECC的相关代码进行了分析，这里主要给出签名和验签的代码。

进行签名的代码主要如下，可以发现和我们上面提到的签名步骤是一一对应的ECC签名进行验签的代码如下，和上述我们提到的验签步骤也是一一对应的ECC验签ECC签名实验结果演示同RSA签名一样，我们首先需要计算文件对应的数据摘要，这里我们使用md5哈希算法md5数据摘要接着对数据摘要进行签名，得到如下的签名结果ECC签名结果对得到的签名进行验签，可以发现成功验证ECC验签五、分析与讨论1)与ECC的签名相比，RSA的签名和验签显得更为优雅，即解密对应签名，加密对应验签2)和RSA签名相比，ECC引入了随机数k，使得即使对同一个数据进行签名，产生的结果也可能不一样，这在一定程度上增加了ECC签名的安全性3)与传统的分组密码相比，使用公钥密码实现数字签名非常方便且更加安全。

密码学应用与实践课程实验报告实验1：实现DES密码体制2)子密钥的生成64比特的密钥生成16个48比特的子密钥。

其生成过程见图：3)解密DES的解密过程和DES的加密过程完全类似，只不过将16圈的子密钥序列K1，K2……K16的顺序倒过来。

即第一圈用第16个子密钥K16，第二圈用K15，其余类推。

第一圈：加密后的结果L=R15, R=L15⊕f(R15,K16)⊕f(R15,K16)=L15同理R15=L14⊕f(R14,K15), L15=R14。

同理类推：得 L=R0, R=L0。

3.密钥生成（1）取得密钥从用户处取得一个64位(本文如未特指，均指二进制位))长的密码key ,去除64位密码中作为奇偶校验位的第8、16、24、32、40、48、56、64位,剩下的56位作为有效输入密钥.（2）等分密钥（3）密钥移位DES算法的密钥是经过16次迭代得到一组密钥的,把在1.1.2步中生成的A,B视为迭代的起始密钥. 比如在第1次迭代时密钥循环左移1位,第3次迭代时密钥循环左移2位. 第9次迭代时密钥循环左移1位,第14次迭代时密钥循环左移2位.第一次迭代:A(1) = ?(1) AB(1) = ?(1) B第i次迭代:A(i) = ?(i) A(i-1)B(i) = ?(i) B(i-1)（4）密钥的选取在（3）步中第i次迭代生成的两个28位长的密钥为把合并按照表4所示k的第一位为56位密钥的第14位，k的第2位为56位密钥的第17位，...，依此类推，k的最后一位最后一位是56位密钥的第32位。

生成与进行第i次迭代加密的数据进行按位异或的48位使用密钥:（5）迭代DES算法密钥生成需要进行16次迭代,在完成16次迭代前,循环执行（3）（4）步.最终形成16套加密密钥:key[0] , key[1] , key[2] ,…. key[14] , key[15] .4.数据的加密操作（1）取得数据把明文数据分成64位的数据块，不够64位的数据块以适当的方式补足。