信息安全 实验五 古典密码算法

一、实习名称古典加密算法二、实习目的1．熟悉java平台开发环境；2．理解常见古典加密算法：凯撒密码、多字母替代密码、多表替代密码；3．理解古典加密技术中的替换技术、置换技术。

三、实习内容1．[问题描述]凯撒密码是把字母表中的每个字母用该字母后的某个字母进行代替。

凯撒密码的通用加密算法是：C=E(P)=(P+k) mod 26 0<k<26凯撒密码的通用解密算法是：P=D(C)=(P-k) mod 26 0<k<262．[基本要求]实现凯撒密码的加密、解密算法，能够根据用户选择秘钥(移位数)和明文进行加解密。

3．[实现提示](1) 用户可以通过命令实现密钥和明文的选择；(2) 由于字母表中共有26个字符，因此，移位前应先将移动的位数(key)和26取模。

Java 平台中可以实现字符和整数的自动转换，因此将字符加上一个正整数代表在字母表中右移位数。

如果移动的位数为负值，则代表在字母中左移位数。

(3) 尽管移位前已经将移动的位数和26取模，但是通过这种方式实现的右移和左移仍可能发生超界。

因此，移位后仍要判断是否超界。

四、操作过程(1)设计加密解密算法根据通用的的加密解密算法（凯撒密码的通用加密算法是：C=E(P)=(P+k) mod 26 0<k<26；凯撒密码的通用解密算法是：P=D(C)=(P-k) mod 26，0<k<26）推导更为复杂的算法。

第一步首先扩充加密解密的字符表，从26个英文字母扩充到ASC码所有非控制字符。

为了方便加减字符表，设计了WordTable类，该类为KeyTable类的数组集合，储存所有可识别字符，并在此加入了空格符，因此可以识别多个以空格为分隔符的字符串。

第二步扩充了加密解密的起始位，可以将起始位设置为任意数字。

经过两步的算法升级，新的凯撒密码的加密算法是：C=E(P)=(P-s+k) mod l+s；凯撒密码的解密算法是：C=E(P)=(P-s-k) mod l+s，该算法中，s代表起始位，k代表密钥值，l代表字符表的长度，即可识别的字符个数。

实验报告一、试验室名称：SimpleSPC信息安全云试验系统二、试验项目名称：古典密码——置换密码三、试验课时：1课时四、试验原理：1) 算法原理a) 置换密码算法是不变化明文字符，而是按照某一规则重新排列消息中旳比特或字符次序，才而实现明文信息旳加密。

将明文中旳字母按照给定旳次序安排在一种矩阵中，然后用根据密钥提供旳次序重新组合矩阵中旳字母，从而形成密文。

其解密过程是根据密钥旳字母数作为列数，将密文按照列、行旳次序写出，再根据密钥给出旳矩阵置换产生新旳矩阵，从而恢复明文。

b) 置换密码（Permutation Cipher），又称换位密码。

算法实行时，明文旳字母保持相似，但次序会被打乱。

置换只不过是一种简朴旳换位，每个置换都可以用一种置换矩阵Ek来表达。

每个置换均有一种与之对应旳逆置换Dk。

置换密码旳特点是仅有一种发送方和接受方懂得旳加密置换（用于加密）及对应旳逆置换（用于解密）。

它是对明文L长字母组中旳字母位置进行重新排列，而每个字母自身并不变化。

c) 设n为一固定整数，P、C和K分别为明文空间、密文空间和密钥空间。

明/密文是长度为n旳字符序列，分别记为X（x1,x2，…,xn）属于P 和Y(y1,y2,…,yn)属于C ，K是定义在{1,2,…,n}旳所有置换构成旳集合。

对任何一种密钥（即一种置换），定义置换如下：加密置换为：解密置换为：上式中，是旳逆置换，密钥空间K旳大小为n！2) 算法参数置换密码算法重要有c、m、k、n四个参数。

c为密文，m是明文，k为密钥，n为模数。

3) 算法流程算法流程。

如图所示五、试验目旳：1）学习置换密码旳原理2）学习置换密码旳算法实现六、试验内容：1.在虚拟机上运行置换密码.exe可执行文献，根据提醒输入明文和密钥，同步检查输出旳解密后旳成果与否与明文一致。

2.学习掌握置换密码旳原理，并根据明文和密钥计算出对应旳加密文，并与程序输出旳成果进行比对，掌握其加密解密旳过程。

实验五 古典密码算法一、实验目的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。

二、实验原理与内容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，就是对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，多表替代密码，多字母替代密码等。

试编程实现一种典型的单表替代密码—凯撒（Caesar ）密码。

它的加密方法是将明文中的每个字母用此字符在字母表中后面的第k 个字母替代。

它的加密过程可以表示为下面的函数： E(k)=(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(k)为密文字母在字母表中对应的位置数。

解密过程类推。

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。

置换密码也叫换位密码。

试编程实现矩阵换位密码。

它的加密方法是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，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，如下形式： a t t a c kb e g i n sa 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：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=623541654321f 根据上面的置换，将原有矩阵中的字母按照第1、4、5、3、2、6的顺序排列，则有下列形式：a a c t t kb i n g e sa i v f t e从而得到密文：aacttkbingesaivfte解密过程类推。

三、实验环境一台安装Windows 2000/XP 的PC 机，安装VC 、JA V A 或C# 编程软件。

古典密码的实验报告古典密码的实验报告引言：密码学作为一门古老而又神秘的学科，一直以来都吸引着人们的兴趣。

在古代，人们用各种各样的密码来保护重要信息的安全性。

本实验旨在通过实际操作，探索古典密码的加密原理和破解方法，从而深入了解密码学的基本概念和应用。

一、凯撒密码凯撒密码，又称移位密码，是最简单的一种古典密码。

其原理是通过将明文中的每个字母按照一定的规则进行移位，得到密文。

在本实验中，我们选择了一个简单的凯撒密码进行破解。

首先，我们选择了一段明文：“HELLO WORLD”，并将其按照凯撒密码的规则进行移位，假设移位数为3，则得到密文：“KHOOR ZRUOG”。

接下来，我们尝试使用暴力破解的方法来还原明文。

通过尝试不同的移位数，我们发现当移位数为3时，得到的明文与原文完全一致。

这表明我们成功地破解了凯撒密码，并还原了原始的明文。

二、维吉尼亚密码维吉尼亚密码是一种基于多个凯撒密码组合而成的密码算法。

其原理是通过使用不同的移位数对明文进行加密，从而增加了密码的复杂度。

在本实验中，我们选择了一段明文：“CRYPTOGRAPHY”，并使用维吉尼亚密码进行加密。

我们选择了一个关键词“KEY”作为加密密钥。

首先，我们将关键词“KEY”重复至与明文长度相同，得到“KEYKEYKEYKEYK”。

然后，将明文中的每个字母与关键词中对应位置的字母进行凯撒密码的移位操作。

经过加密后，我们得到了密文：“LXFOPVEFRNHR”。

接下来，我们尝试使用破解方法来还原明文。

通过尝试不同的关键词和移位数的组合，我们发现当关键词为“KEY”且移位数为3时，得到的明文与原文完全一致。

这表明我们成功地破解了维吉尼亚密码，并还原了原始的明文。

三、栅栏密码栅栏密码是一种基于换位操作的密码算法。

其原理是通过将明文中的字母按照一定的规则进行重新排列，得到密文。

在本实验中，我们选择了一段明文：“HELLO WORLD”，并使用栅栏密码进行加密。

一、实验目的通过本次实验，掌握古典加密算法的基本原理和实现方法，加深对古典加密算法的理解，提高编程能力。

二、实验内容本次实验主要涉及以下古典加密算法：1. 仿射密码2. 单表代替密码3. 维吉尼亚密码三、实验原理1. 仿射密码仿射密码是一种单字母替换密码，其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. 单表代替密码单表代替密码的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. 维吉尼亚密码维吉尼亚密码的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 = (Ci k(i mod m)) mod 26。

四、实验步骤1. 仿射密码（1）编写加密函数encrypt，输入明文和密钥a、b，输出密文。

（2）编写解密函数decrypt，输入密文和密钥a、b，输出明文。

（3）测试加密和解密函数，验证其正确性。

2. 单表代替密码（1）编写加密函数subencrypt，输入明文和代替表，输出密文。

（2）编写解密函数subdecrypt，输入密文和代替表，输出明文。

（3）测试加密和解密函数，验证其正确性。

3. 维吉尼亚密码（1）编写加密函数vigenereencrypt，输入明文和密钥，输出密文。

（2）编写解密函数vigeneredecrypt，输入密文和密钥，输出明文。

（3）测试加密和解密函数，验证其正确性。

五、实验结果与分析1. 仿射密码通过编写encrypt和解密函数，成功实现了仿射密码的加密和解密过程。

实验结果表明，加密和解密函数运行正常，能够正确转换明文和密文。

2. 单表代替密码通过编写subencrypt和解密函数，成功实现了单表代替密码的加密和解密过程。

实验1－古典密码算法一、实验目的通过编程实现替代密码算法和置换密码算法，加深对古典密码体系的了解，为以后深入学习密码学奠定基础。

二、实验原理古典密码算法曾被广泛应用，大都比较简单。

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。

其中替代密码和置换密码是具有代表性的两种古典密码算法。

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做对应替换后形成密文。

最早的替代密码是由Julius Caesar 发明的Caesar （恺撒）密码，又叫循环移位密码。

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 ) mod n = (8+4 ) mod 26 = 12 = L 解密算法是：m = D(L) =（L-k）mod 262、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，然后又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：a t t a c kb e g i n sa 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，得到给定的一个置换：f = 1 4 5 3 2 6因此有：密钥： 1 4 5 3 2 6明文： a t t a c kb e g i n sa t f i v e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、则有下面的形式：a a c t t kb i n g e sa i v f t e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。

哈尔滨工程大学实验报告实验名称：古典密码算法班级：学号：姓名：实验时间：2014年4月成绩：指导教师：实验室名称：哈尔滨工程大学实验室与资产管理处制一、实验名称古典密码算法二、实验目的通过编程实现经典的代替密码算法和置换密码，包括移位密码、维吉尼亚密码、周期置换密码、列置换密码，加深对代替技术的了解，为现代分组密码实验奠定基础。

三、实验环境（实验所使用的器件、仪器设备名称及规格）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。

四、实验任务及其要求（1）根据实验原理部分对移位密码的介绍，自己创建明文信息，并选择一个密钥，编写移位密码的实现程序，实现加密和解密操作。

（2）根据实验原理部分对维吉尼亚密码的介绍，自己创建明文信息，并选择一个密钥，编写维吉尼亚密码的实现程序，实现加密和解密操作。

（3）根据实验原理部分对周期置换密码的介绍，自己创建明文信息，并选择一个密钥，编写周期置换密码的实现程序，实现加密和解密操作。

（4）根据实验原理部分对列置换密码的介绍，自己创建明文信息，并选择一个密钥，编写列置换密码的实现程序，实现加密和解密操作。

五、实验设计（包括原理图、真值表、分析及简化过程、卡诺图、源代码等）1．移位密码移位密码（Shift Cipher）是一种典型的单表替代密码，也称为加法密码。

移位密码的加密方法就是将明文中的每个字母用其在字母表后面的第k 个字母替代，它的加密过程可以表示为： c = (m + k) mod n其中，m 为明文字母在字母表中的位置数；n 为字母表中的字母总数；k 为密钥；c 为密文字母在字母表中对应的位置数。

相应的，移位密码的解密过程可以表示为：m = (c - k) mod n移位密码的一个典型代表就是凯撒密码（Ceaser Cipher），它是k=3 时的移位密码。

使用英文字母表的撒密码的加（解）密可以表示为：m = (c + 3) mod 26 m = (c - 3) mod 26，例如，明文：attacks at nine am密钥：3加密：将明文分组对每一个密文字母，依英文字母表，用其右的第 3 个字母代替密文：dwwdfnv dw qlqh dp另外，使用凯撒密码加密后的密文“dwwdfnvdwilyhsp”，其明文为“attacks at five pm”。

古典加密的两种基本方法
古典加密是一种早期的加密方法，它使用简单的替换或置换来实现加密和解密。

其中，替换是指将明文中的每个字符用密钥中相应的字符进行替换，而置换则是将明文中的每个字符轮流替换为密钥中相应的字符。

下面是两种基本的古典加密方法:
1. 恺撒密码：恺撒密码是一种基于替换的古典加密方法，它使用一个固定的密钥对明文进行加密，密钥通常为 3 个或 4 个字母。

加密时，将明文中的每个字符用密钥中相应的字符进行替换，例如，如果密钥为“ABC”,则恺撒密码加密后的文本为“DE”。

恺撒密码的优点是简单易用，但容易被破解。

2. 棋盘密码：棋盘密码是一种基于置换的古典加密方法，它使用一个固定的密钥对明文进行加密，密钥通常为一个矩形网格，其中每个元素都是一个字母。

加密时，将明文中的每个字符轮流替换为密钥中相应的字符，例如，如果密钥为“ABC”,则棋盘密码加密后的文本为“DE”。

棋盘密码的优点是加密强度较高，但需要较大的密钥空间，因此需要更复杂的算法来实现。

安全SnoWolF/百度B英俊制作课程名称现代密码学实验实验项目名称古典密码算法练习一 Caesar密码加密时每一个字母向前推移k位，例如当k=5时，置换表如表2所示。

表2 Caesar置换表于是对于明文：datasecurityhasevolvedrapidly经过加密后就可以得到密文：IFYFXJHZWNYDMFXJATQAJIWFUNIQD若令26个字母分别对应整数0～25，如表3所示。

表3 Caesar置换表则Caesar加密变换实际上是：c=(m+k)mod26其中m是明文对应的数据，c是与明文对应的密文数据，k是加密用的参数，也称为密钥。

很容易得到相应的Caesar解密变换是：m=D(c)=(c–k)mod26例如明文：datasecurity对应的数据序列：301901842201781924当k=5时经过加密变换得到密文序列：852452397252213243对应的密文为：IFYFXJHZWNYD【实验步骤】本练习主机A、B为一组，C、D为一组，E、F为一组。

首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。

一．手动完成Caesar密码(1) 在实验原理部分我们已经了解了Caesar密码的基本原理，那么请同学们写出当密钥k=3时，对应明文：data security has evolved rapidly的密文： GDWD VHFXULWB KDV HYROYHG UDSLGOB 。

(2) 进入实验平台，单击工具栏中的“密码工具”按钮，启动密码工具，在向导区点击“Caesar密码”。

在明文输入区输入明文：data security has evolved rapidly。

将密钥k调节到3，查看相应的密文，并与你手动加密的密文进行比较。

请根据密钥验证密文与明文对应关系是否正确。

二．Caesar加密(1) 进入“加密解密”｜“Caesar密码”视图，在明文输入区输入明文（明文应为英文），单击“加密”按钮进行加密。