实验二(两种基本古典密码设计与实现)

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2 古典密码1.实验目的（1）了解古典密码中的基本加密运算。

（2）了解几种典型的古典密码体制。

（3）掌握古典密码的统计分析方法。

2.实验内容（1）古典密码体制①简单移位加密（单表代换）该加密方法中，加密时将明文中的每个字母向前推移K位。

经典恺撒密码加密变换就是这种变换，取k=3。

步骤1：打开CAP4软件，并加载实验一附带的“mw.txt”，如图2-1所示。

图2-1加载文件步骤2：采用恺撒加密方法手工加密“mw.txt”;打开CAP4菜单栏“Cipher”菜单项选择“simple shift”选项，并选择移位值“shift value”为3，加密步骤1中加载的文件，如图2-2所示。

图2-2 参数设置图2-3加密文件步骤3：比较二者的加密结果是否相同。

步骤4：点击CAP4软件中的“Simple analysis”下的“shift”键，观察恺撒加密法的可能密钥值，并分析其攻击的难度，如图2-4所示。

图2-4密钥分析②仿射密码加密（单表代换）在仿射密码加密(affine cipher)中，字母表中的字母被赋予一个数字，例如，a=0,b=1,c=2,…,z=25.仿射密码加密法的密钥为0~25之间的数字对（a,b）。

a与26的最大公约数必须为1，这就是说能整除a和26的数只有1.现在假设m为明文字母的数字，而c为密文字母的数字，那么，这两个数字之间有如下关系： c=(am+b)(mod 26)m=a-1(c-b)(mod 26)其中，（mod 26）的操作是：除以26，得其余数。

例如，选取密钥为（7，3）。

因为7与26互素，也就是只有公约数1，所以（7，3）可以作为仿射密码的加密钥。

将“hot”转换成数字7、14、19，利用仿射等式生成： c(H)=(7×7+3) mod 26=52 mod 26=0,即为字母“a“。

c(O)=(7×14+3) mod 26=101 mod 26=23,即为字母“x“.c(T)=(7×19+3) mod 26=136 mod 26=6,即为字母”g”. 这样，对于这个密钥，”hot”变成了“axg“.CAP4软件中实现仿射密码加密：步骤1：在CAP4软件中加载要加密地的明文“mw.txt“.步骤2：选取Cipher菜单下的Affine Cipher菜单项，弹出如下对话框，如图2-5所示。

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。

一、实验室名称：网络工程实验室二、实验项目名称：古典密码实验三、实验学时：2学时四、实验原理：古典密码算法的基本原理（单表密码，多表密码，密码分析）；五、实验目的：目的：实现密码算法（Hill密码，Vigenère密码）并掌握加密过程原理六、实验内容：a)Hill密码的基本原理希尔密码（Hill Password）是运用基本矩阵论原理的替换密码算法如下：1、假设要加密的明文是由26个字母组成，其他字符省略。

2、将每个字符与0-25的一个数字一一对应起来。

（例如：a/A—0，b/B—1，……z/Z—25）。

3、选择一个加密矩阵A，其中矩阵A必须是可逆（n*n）矩阵，例如4、将明文字母分别依照次序每n个一组（如果最后一组不足n个的话，就将其补成n个），依照字符与数字的对应关系得到明文矩阵ming 。

5、通过加密矩阵A，利用矩阵乘法得到密文矩阵mi = A*ming mod 26；6、将密文矩阵的数字与字符对应起来，得到密文。

7、解密时利用加密矩阵的逆矩阵A-1和密文，计算ming=A-1*mi mod 26，可得到明文核心代码：循环体外：String message = new String("helloworld");int len = message.length();char[] cipArray = new char[len];char[] messageArray = new char[len];循环处理中：a=message.charAt(i*2)-'a';b=message.charAt(i*2+1)-'a';temp1 = (a*encryptKey[0][0] + b*encryptKey[0][1])%26;if (temp1<0){temp1 = temp1 + 26;}temp2 = (a*encryptKey[1][0] + b*encryptKey[1][1])%26;if (temp2<0){temp2 =temp2 + 26;}cipArray[i*2] =(char) (temp1+97);cipArray[i*2+1] = (char)(temp2+97);解密算法略。

古典密码运用的两种基本技术古典密码是指使用传统的加密算法和技术进行加密和解密通信信息的密码系统。

它是密码学的起源，直到20世纪的中期被现代密码系统所取代。

古典密码运用了许多不同的加密技术，但其中有两种是最基本和常见的，分别是置换技术和替换技术。

1.置换技术置换技术是一种古老而普遍的加密方法，它通过改变字母或字符的顺序来加密原始文本。

常见的置换技术有以下几种：a. 凯撒密码（Caesar Cipher）：凯撒密码是一种基本的字母置换密码，它通过对字母表进行循环左移或右移来加密和解密文本。

在凯撒密码中，每个字母都被替换为字母表中固定位置的字母，这个固定位置由一个偏移量决定。

b. 列置换密码（Columnar Transposition Cipher）：列置换密码将明文分成若干列，然后按照一定的顺序将这些列重新排列，形成密文。

解密时，按照相同的顺序将密文的列排列，并按列逐个读取即可恢复原始文本。

c. 群置换密码（Permutation Cipher）：群置换密码将明文中的字母分成若干个群，然后按照一定的顺序对这些群进行重新排列，形成密文。

解密时，按照相同的顺序将密文的群排列，并按群逐个读取即可恢复原始文本。

2.替换技术替换技术是古典密码学中另一种常见的加密技术，它通过将明文中的字母替换为其他字母或符号来加密文本。

a.单字母替换密码：单字母替换密码使用一个简单的替换表来将明文字母一对一地替换为其他字母或符号。

替换表可以是任何形式的映射，如字母表的逆置、移位替换等。

单字母替换密码易于破解，因为它们可以通过使用频率分析方法推断出英文字母的出现频率。

b. 多字母替换密码：多字母替换密码使用多个字母或字符的替换规则来加密文本。

常见的多字母替换密码包括维吉尼亚密码（Vigenère Cipher）和同音词替换密码（Homophonic Substitution Cipher）。

多字母替换密码相对于单字母替换密码更加安全，因为它们改变了字母的频率，并增加了破解的难度。

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。

古典加密的两种基本方法
在密码学中，加密是将原始数据转换为未知形式的过程，以隐藏数据的含义和信息。

古典加密是指用于加密数据的传统方法，有两种基本方法：替换密码和置换密码。

1. 替换密码
替换密码是一种将字符或字母替换为其他字符或字母的加密方法。

最简单的替换密码是凯撒密码。

凯撒密码是一种最古老的加密技术，它将字母按照一定的位移量进行替换。

例如，当位移量为3时，A将被替换为D，B将被替换为E等等。

这种方法非常容易被破解，因为只需要尝试每一种可能的位移量，就可以找到正确的解密方法。

更加复杂的替换密码有多种方法，例如多表替换密码、单表替换密码、维吉尼亚密码等等。

这些方法通过不同的替换规则和密钥来增加加密强度。

2. 置换密码
置换密码是一种将原始数据重新排列的加密方法。

最简单的置换密码是栅栏密码。

栅栏密码将原始数据写成一列，然后将这一列按照一定的间隔进行划分，最后按照不同的顺序排列。

例如，当间隔为3时，
原始数据'HELLO WORLD'可以被排列成'HLOOLRWE LD'。

这种方法也容易被破解，因为只需要尝试不同的间隔和排列方式即可。

更加复杂的置换密码有多种方法，例如双重置换密码、多重置换密码、列置换密码等等。

这些方法通过不同的置换规则和密钥来增加加密强度。

总之，古典加密虽然有很多弱点，但是这些基本方法为现代加密技术的发展奠定了基础，也有助于我们更好地理解密码学的基本概念。

古典密码的实验报告1. 引言古典密码是一种古老的加密技术，用于在信息传递过程中保护敏感信息的安全性。

它通过将明文转换成密文，从而使未经授权的个体无法理解信息的内容。

本实验旨在介绍几种常见的古典密码算法，并通过实验验证其加密和解密的过程。

2. 凯撒密码凯撒密码是最简单的古典密码之一，它通过将明文中的每个字母向前或向后移动固定的位置来加密信息。

例如，当移动的位置为3时，明文中的字母A将被替换为D，字母B将被替换为E，以此类推。

2.1 加密过程1.输入明文。

2.设置移动的位置。

3.对于明文中的每个字母，按照移动的位置将其替换为对应的字母。

4.得到密文。

2.2 解密过程1.输入密文。

2.设置移动的位置。

3.对于密文中的每个字母，按照移动的位置将其替换为对应的字母。

4.得到明文。

3. 维吉尼亚密码维吉尼亚密码是一种多表密码，它通过使用一系列凯撒密码表来加密信息。

每个表中的移动位置逐个递增，这样可以更好地混淆明文的结构。

3.1 加密过程1.输入明文。

2.输入密钥。

3.对于明文中的每个字母，找到对应的凯撒密码表。

4.根据对应的表和密钥，将明文中的字母替换为密文。

5.得到密文。

3.2 解密过程1.输入密文。

2.输入密钥。

3.对于密文中的每个字母，找到对应的凯撒密码表。

4.根据对应的表和密钥，将密文中的字母替换为明文。

5.得到明文。

4. 培根密码培根密码是古典密码中的另一种类型，它使用一系列相同长度的字母组成的密钥来加密信息。

明文中的每个字母都将被替换为对应密钥中的字母。

4.1 加密过程1.输入明文。

2.输入密钥。

3.对于明文中的每个字母，将其对应到密钥中的相应字母。

4.得到密文。

4.2 解密过程1.输入密文。

2.输入密钥。

3.对于密文中的每个字母，将其对应到密钥中的相应字母。

4.得到明文。

5. 实验结果与讨论在本实验中，我们使用了凯撒密码、维吉尼亚密码和培根密码进行加密和解密实验。

通过对不同算法的测试，我们发现：1.凯撒密码是最简单的古典密码之一，但由于移动位置的确定性，易受到频率分析等攻击方式的威胁。