应用密码学实验一古典密码
一、实验目的
学习常见的古典密码学算法，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，为深入学习密码学奠定基础。
二、实验要求
分析替代密码算法和置换密码算法的功能需求，详细设计实现替代密码算法和置换密码算法的数据结构和流程，给出测试用例和测试步骤，得出测试和结论。
三、实验原理
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。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。下面介绍两种常见的具有代表性的古典密码算法，以帮助读者对密码算法建立一个初步的印象。
1.替代密码
替代密码的原理是使用替代法进行加密，就是将明文由其它的字母、数字或符合所代替后形成密文。这里每个明文字母对应的密文字母可能是一个，也可能是多个。接收者对密文进行逆向替换即可得到明文。替代密码有五种表现形式：
○1单表代替
即简单替代密码或者称为单字母代替，明文字母表中的一个字符对应密文字母表中的一个字符。这是所有加密中最简单的方法。
○2多表代替
即由多个简单代替组成，也就是使用了两个或两个以上的代替表。比如使用有5个简单代替表的代替密码，明文的第一个字母用第一个代替表，第二个字母用第二个表，第三个字母用第三个表，以此类推，循环使用这五张代替表。多表代替密码由莱昂.巴蒂斯塔于1568年发明，著名的维吉尼亚密码和博福特密码均是多表代替密码。
关于单表替代密码——凯撒(Caesar)密码，又叫循环移位密码。它的加密方法就是将明文中的每个字母用字母表中该字母后的第R个字母来替换，达到加密的目的。它的加密过程可以表示为下面的函数：
=+
E m m k n
()()mod
E m为其中，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；()密文字母在字母表中对应的位置数。
k=，则按照上式计算出来的密例如：对于明文字母H，其在字母表中的位置数为8，设4
文为L，计算过程如下：
=+=+==
(8)()mod(84)mod2612
E m k n L
２．置换密码
置换密码算法的原理是不改变明文字符，而是按照某一规则重新排列消息中的比特或字符顺序，才而实现明文信息的加密。置换密码有时又称为换位密码。
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，然后用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 k b e
g i n s a t f i v e
根据密钥cipher 中各个字母在字母表中出现的先后顺序，给定一个置换：
123456145326f ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦
根据上面的置换，将原有居住中的字母按照第１、第４、第５、第３、第２、第６列的顺序排列，则有下面的形式：
a a c
t t k b i n
g e s a 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。
四、实验环境
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。
五、实验内容
○
1替代密码(移位密码）： 根据实验原理部分对替代密码算法的介绍，创建明文信息，并选择一个密钥k ，编写替代密码算法的实现程序，实现加密和解密操作。
○
2置换密码： 根据实验原理部分对置换密码算法的介绍，自己创建明文信息，并选择一个密钥，编写置换密码算法的实现程序，实现加密和解密操作。
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。置换密码有时又称为换位密码。
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字母，从而形成密文。
六、思考题
1、你所知道的古典密码算法还有那些？详细说明具体的加密和解密过程。
恺撒密码。它的加密方法，就是将明文中的每个字母用此字符在字母表中后面第k个字母替代。它的加密过程可以表示为下面的函数：E(m)=(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(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：E(8)=(m+k)modn=(8+4)mod26=12=L2
2、你所看过的和密码有关的电影或小说有哪些？描述一下其中的加密解密基本原理。
达芬奇密码中把字母按数列变顺序，是简单的数字与英语字母的转换。
设 A = ' ∞ ， = = ≤ ? ≤ ∞ ' ? ≤ ? ≤ ∞ ' ? 可求得 A = ' 一、古典密码 （1,2,4） 11,23AGENCY ”加密，并使用解密变换 D 11,23(c)≡11-1(c-23) (mod 26) 验证你的加密结果。 解：明文用数字表示：M=[19 7 4 13 0 19 8 14 13 0 11 18 4 2 20 17 8 19 24 0 6 4 13 2 24] 密文 C= E 11,23(M)≡11*M+23 (mod 26) =[24 22 15 10 23 24 7 21 10 23 14 13 15 19 9 2 7 24 1 23 11 15 10 19 1] = YWPKXYHVKXONPTJCHYBXLPKTB ∵ 11*19 ≡ 1 mod 26 (说明：求模逆可采用第4章的“4.1.6欧几里得算法”，或者直接穷举1~25) ∴ 解密变换为 D(c)≡19*(c-23)≡19c+5 (mod 26) 对密文 C 进行解密： M ’=D(C)≡19C+5 (mod 26) =[19 7 4 13 0 19 8 14 13 0 11 18 4 2 20 17 8 19 24 0 6 4 13 2 24] = THE NATIONAL SECURITY AGENCY 2. 设由仿射变换对一个明文加密得到的密文为 edsgickxhuklzveqzvkxwkzukvcuh ，又已知明文 的前两个字符是“if ”。对该密文解密。 解： 设解密变换为 m=D(c)≡a*c+b (mod 26) 由题目可知 密文 ed 解密后为 if ，即有： D(e)=i ： 8≡4a+b (mod 26) D(d)=f ： 5≡3a+b (mod 26) 由上述两式，可求得 a=3，b=22。 因此，解密变换为 m=D(c)≡3c+22 (mod 26) 密文用数字表示为： c=[4 3 18 6 8 2 10 23 7 20 10 11 25 21 4 16 25 21 10 23 22 10 25 20 10 21 2 20 7] 则明文为 m=3*c+22 (mod 26) =[8 5 24 14 20 2 0 13 17 4 0 3 19 7 8 18 19 7 0 13 10 0 19 4 0 7 2 4 17] = ifyoucanreadthisthankateahcer 4. 设多表代换密码 C i ≡ AM i + B (mod 26) 中，A 是 2×2 矩阵，B 是 0 矩阵，又知明文“dont ” 被加密为“elni ”，求矩阵 A 。 解： dont = (3,14,13,19) => elni = (4,11,13,8) ?a b / ≤ c d ? 则有： ? 4 / ?a b / ? 3 / ?13/ ?a b / ?13/ '11∞ ' c d ?≤14∞ (mod 26) ， ' 8 ∞ ' c d ?≤19∞ (mod 26) ?10 13/ ≤ 9 23∞
密码学基础 实验指导书 黑龙江大学计算机科学技术学院 2013年3月
目录 前言........................................................................................................................... - 2 -要求与评分标准....................................................................................................... - 3 -1要求. (3) 2评分标准 (3) 实验1 古典密码的实现（3学时） .................................................................... - 4 -实验2 对称密钥密码体制的实现（6学时） .................................................... - 4 -实验3 公开密钥密码算法的实现（6学时） .................................................... - 5 -实验4 数字签名算法的实现（3学时） ............................................................ - 5 -附录1：实验报告格式 ........................................................................................... - 7 -
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。我们选择了栅栏的高度为3。首先，我们将明文按照栅栏的高度进行分组，得到： H O L W R D E L O L 然后，将每一列的字母按照从上到下的顺序排列，得到密文：“HOWELRDLO”。接下来，我们尝试使用破解方法来还原明文。 通过尝试不同的栅栏高度，我们发现当栅栏高度为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栅栏密码，并还原了原始的明文。 结论： 通过本次实验，我们深入了解了古典密码的加密原理和破解方法。凯撒密码、 维吉尼亚密码和栅栏密码都是古典密码中常见且简单的加密算法。然而，随着 现代密码学的发展，这些古典密码已经不再安全可靠。在实际应用中，我们需 要使用更加复杂和安全的现代密码算法来保护重要信息的安全性。
实验一古典密码-Vigernere算法实验-2022 一、实验目的 1、理解简单加密算法的原理； 2、掌握Vigenere密码的原理，完成Vigenere密码加解密程序的编写； 3、通过实验，加深对古典密码体制的了解，掌握对字符进行灵活处 理的方法。二、实验预习提示 1、多表代换密码 多表代换密码是指以一系列（两个以上）代换表一次对明文消息空间 中的明文消息元素进行代换的加密方法。如果代换序列为非周期的无限序列，即对每个明文字母都采用不同的代换表（或密钥）进行加密，则相应 的密码称为一次一密钥密码。 一次一密钥密码是理论上唯一不可破译的密码，可称为是无条件安全的。如果一个密码体制被称为是无条件安全的，即是指即便提供无穷的计 算资源，密码分析者也无法攻破该密码体制。如果一个密码体制被称为是 计算安全的，则是指密码分析者根据可利用的资源无法攻破该密码体制。 由于一次一密钥密码需要的密钥量和明文消息长度相同，因而难以广 泛使用。为了减少密钥量，在实际应用中多采用周期多表代换密码，即代 换表个数有限，重复地使用。典型的多表代换密码包括维吉尼亚（Vigenere）密码、博福特（Beaufort）密码、滚动密钥（running-key）密码、弗纳姆（Vernam）密码和转轮（rotormachine）密码等。 2、Vigenere密码概述
Vigenere密码译为维吉尼亚密码或维热纳尔密码，维吉尼亚密码曾 多次被发明。该方法最早记录在吉奥万巴蒂斯塔贝拉索（GiovanBattitaBellao）于1553年所著的书《吉奥万巴蒂斯塔贝拉索先 生的密码》（意大利语：Lacifradel.Sig.GiovanBattitaBellao）中。然而，后来在19世纪时被误传为是法国外交官布莱斯德维吉尼亚（BlaieDeVigenère）所创造，因此现在被称为“维吉尼亚密码”。 3、Vigenere密码 Vigenere密码是使用一系列恺撒密码组成密码字母表的加密算法， 属于多表密码的一种简单形式。在一个恺撒密码中，字母表中的每一字母 都会作一定的偏移，而Vigenere密码则是由一些偏移量不同的恺撒密码 组成。为了生成密码，需要使用表格法。这一表格包括了26行字母表， 每一行都由前一行向左偏移一位得到，相当于将26个恺撒密表合成一个，如表2.2.1所示。具体使用哪一行字母表进行编译是基于密钥进行的，在 过程中会不断地变换。 表2.2.1维吉尼亚密码表 例如，假设明文为：ATTACKATDAWN 选择某一关键词并重复而得到密钥，如关键词为LEMON时，密钥为：LEMONLEMONLE 对于明文的第一个字母A，对应密钥的第一个字母L，于是使用表格 中L行字母表进行加密，得到密文第一个字母L。类似地，明文第二个字 母为T，在表格中使用对应的E行进行加密，得到密文第二个字母某。以 此类推，可以得到： 明文：ATTACKATDAWN密钥：LEMONLEMONLE密文：L某FOPVEFRNHR
《应用密码学》习题和思考题答案 第3章古典密码 3－1 举例说明什么是隐写术。 答：隐写术就是隐藏消息的存在，这种方法通常在一段看来无伤大雅的文字中嵌入排列一些词汇或字母隐含地表达真正的意思。例子略。 3－2 区别隐写术与密码编码学。 答：密码编码学是通过各种文本转换的方法使得消息为外部不可理解。隐写术则是隐藏消息的存在，它本质上不是一种编码加密技术，这种方法通常在一段看来无伤大雅的文字中嵌入排列一些词汇或字母隐含地表达真正的意思。 隐写术的优点在于能够被某些人使用而不容易发现他们间在进行秘密通信。而加密则很容易被发现谁与谁在进行秘密通信，这种发现本身可能具有某种意义或作用。 隐写术与加密技术相比有一些缺点：（1）它形式简单但构造费时，要求有大量的开销来隐藏相对较少的信息。（2）一旦该系统的构造方法被发现，就会变得完全没有价值。（3）隐写术一般无稳健性，如数据改动后隐藏的信息不能被恢复。 3－3 区别代替与换位。 答：代替就是将明文字符用另一个字符取代，代替密码操作的目的是制造混乱，使得确定消息和密钥是怎样转换成密文的尝试变得困难。 换位就是重新排列消息中的字母，以便打破密文的结构特性。即它交换的不再是字符本身，而是字符被书写的位置。 3－4 频率分析的基本处理方法是什么？ 答：频率分析攻击的一般方法： 第一步：对密文中出现的各个字母进行统计，找出它们各自出现的频率。 第二步：根据密文中出现的各个字母的频率，和英语字母标准频率进行对比分析，做出假设，推论加密所用的公式。 第三步：证实上述假设（如果不正确，继续作其他假设）。 3－5 使用穷举搜索法，破译如下利用代替密码加密的密文： BEEAKFYDJXUQYHYJIQRYHTYJIQFBQDUYJIIKFUHCQD 解：
应用密码学实验一古典密码 一、实验目的 学习常见的古典密码学算法，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，为深入学习密码学奠定基础。 二、实验要求 分析替代密码算法和置换密码算法的功能需求，详细设计实现替代密码算法和置换密码算法的数据结构和流程，给出测试用例和测试步骤，得出测试和结论。 三、实验原理 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。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。下面介绍两种常见的具有代表性的古典密码算法，以帮助读者对密码算法建立一个初步的印象。 1.替代密码 替代密码的原理是使用替代法进行加密，就是将明文由其它的字母、数字或符合所代替后形成密文。这里每个明文字母对应的密文字母可能是一个，也可能是多个。接收者对密文进行逆向替换即可得到明文。替代密码有五种表现形式： ○1单表代替 即简单替代密码或者称为单字母代替，明文字母表中的一个字符对应密文字母表中的一个字符。这是所有加密中最简单的方法。 ○2多表代替 即由多个简单代替组成，也就是使用了两个或两个以上的代替表。比如使用有5个简单代替表的代替密码，明文的第一个字母用第一个代替表，第二个字母用第二个表，第三个字母用第三个表，以此类推，循环使用这五张代替表。多表代替密码由莱昂.巴蒂斯塔于1568年发明，著名的维吉尼亚密码和博福特密码均是多表代替密码。 关于单表替代密码——凯撒(Caesar)密码，又叫循环移位密码。它的加密方法就是将明文中的每个字母用字母表中该字母后的第R个字母来替换，达到加密的目的。它的加密过程可以表示为下面的函数： =+ E m m k n ()()mod E m为其中，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；()密文字母在字母表中对应的位置数。 k=，则按照上式计算出来的密例如：对于明文字母H，其在字母表中的位置数为8，设4 文为L，计算过程如下： =+=+== (8)()mod(84)mod2612 E m k n L ２．置换密码 置换密码算法的原理是不改变明文字符，而是按照某一规则重新排列消息中的比特或字符顺序，才而实现明文信息的加密。置换密码有时又称为换位密码。 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，然后用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
密码学实验1古典密码算法 一(实验原理 古典密码算法历史上曾被广泛应用，大都比较简单，使用手工和机械操作来实现加密和解密。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。下面介绍两种常见的具有代表性的古典密码算法，以帮助读者对密码算法建立一个初步的印象。 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它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、多明码替代密码、多字母替代密码、多表替代密码等。下面我们介绍一种典型的单表替代密码，恺撒(caesar)密码，又叫循环移位密码。它的加密方法，就是将明文中的每个字母用此字符在字母表中后面第 k个字母替代。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: E(8) = (m+k) mod n = (8+4) mod 26 = 12 = L 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。置换密码有时又称为换位密码。
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 列的形式排在矩阵中，形成如下形式: a t t a c k b e g i n s a 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: 1 2 3 4 5 6 f = 1 4 5 3 2 6 3 列，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，第第 2列，第 6 列的顺序排列，则有下面形式: a a c t t k b i n g e s a I v f t e 从而得到密文:abatgftetcnvaiikse 其解密的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。二(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，为深入学习密码学奠定基础。 三(实验环境 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。
古典密码运用的两种基本技术 古典密码是一种历史悠久的加密方式，其基本思想是通过将明文转化为不易被破解的密文，以保护信息的安全性。在古代，人们常常使用古典密码来传递重要的信息，从而避免被敌人获知。在这篇文章中，我们将介绍古典密码运用的两种基本技术，即替换和置换。 替换是指将明文中的每个字母都用另一个字母来代替。这种技术最早出现在古希腊时期，被称为凯撒密码。凯撒密码的原理是将明文中的每个字母都向后移动一个固定的位置，例如，将A替换成B，B 替换成C，以此类推。这种替换方式可以很容易地破解，因为字母表只有26个字母，破解者可以通过试错的方式来找出加密的规律。 为了提高替换密码的安全性，人们开始使用多重替换的方法。这种方法可以将多个替换规则组合在一起，使得加密更加复杂。例如，可以将字母表分成几个部分，每个部分使用不同的替换规则，使得破解者更难以找到加密的规律。 置换是指将明文中的每个字母都按照一定的规则进行重新排列。置换密码最早出现在古罗马时期，被称为轮换密码。轮换密码的原理是将明文中的每个字母按照一定的顺序排列，例如，将明文按照3个一组进行排列，得到密文。这种置换方式可以增加加密的难度，因为破解者不知道明文中每个字母出现的位置。 为了提高置换密码的安全性，人们开始使用多重置换的方法。这种方法可以将多个置换规则组合在一起，使得加密更加复杂。例如，可以将明文划分成若干个块，每个块按照不同的置换规则进行重新排
列，然后再将所有块合并成密文。 总之，替换和置换是古典密码运用的两种基本技术。这些技术虽然已经过时，但它们仍然对现代密码学的研究产生了影响。通过对古典密码的研究，人们可以更好地理解密码学的基本原理，从而设计出更加安全的密码系统。
古典密码原理 古典密码原理是密码学领域中一门基础的密码学原理，初衷是为了保护通信内容的安全性，同时利用加密和解密的算法确保信息的保密性。古典密码原理主要基于替换和排列的思想，在古典密码学中，常见的加密技术有凯撒密码、栅栏密码和多表密码等。 凯撒密码是古典密码学中最早出现的一种密码算法。它使用了一种简单的替换技术，即将明文中的每个字母替换为字母表中的另一个字母。在凯撒密码中，字母表按字母顺序排列，密钥表示字母表中字母的偏移量。例如，若密钥为3，则明文中的字母A将被替换为字母D，字母B 将被替换为字母E，以此类推。凯撒密码的加解密算法简单易懂，但安全性较低，容易被破解。 栅栏密码是古典密码学中另一种常见的加密算法。它利用了一种排列技术，即将明文按照一定规则排列成栅栏形式，然后从上至下读取加密后的密文。在栅栏密码中，密钥表示栅栏的高度。例如，若密钥为3，则明文"HELLO WORLD"首先按照栅栏高度3排列如下： H . . . O . . . L . . . . . E . L . . O . . W . R . . . L . . . . . D . . . . 然后从上至下读取加密后的密文"HOEULRLDLOLDW"。栅栏密码的特点是简单明了，但加密 后的密文存在一定规律，易被破解。 多表密码是古典密码学中一种复杂的加密算法。它通过使用多个不同的替代字母表对明文进行加密，增加了密码分析者破译密文的难度。多表密码利用了一系列字母表在密码系统中的循环使用，使得同一个字母在不同情况下可能被替换为不同的字母。例如，一个使用三个不同的字母表的多表密码，明文中的字母A可能被替换为字母B、C或D，具体替换规则依赖于明文中 字母的位置和上下文环境。多表密码的复杂性使得破译者难以识别加密规则和找出明文与密文之间的关系。 古典密码学虽然有一些不足之处，但在密码学历史中扮演了重要角色，为现代密码学的发展奠定了基础。古典密码的主要目标是实现信息的保密性，确保加密后的密文只能被授权用户解读。然而，随着计算机技术的快速发展和密码分析方法的提升，古典密码的安全性变得不够可靠。为了提高密码系统的安全性，人们开发了更复杂、更安全的加密算法，如对称密钥加密算法和公钥加密算法等。这些现代密码算法利用了数学和计算机科学的原理，能够提供更高层次的安全性和可靠性。 总而言之，古典密码原理是密码学领域中最早出现的密码算法原理之一，它应用了替代和排列的技术。无论是凯撒密码、栅栏密码还是多表密码，它们都在一定程度上确保了信息的保密性。古典密码学的发展促使现代密码学的引入，现代密码学中的密码算法更加复杂、安全性更高。由此可见，古典密码原理在密码学领域中具有重要地位，它不仅为密码学的发展提供了基础，也为学者们带来了启示和思考。
古典密码和流密码的原理及应用 古典密码和流密码是密码学中常见的两种加密算法，它们都有各自的原理和应用。在 本文中，我们将从古典密码和流密码的基本原理、特点和应用进行介绍。 一、古典密码的原理及应用 1. 古典密码的原理 古典密码是指使用传统的加密技术来实现信息加密的方法，其基本原理是通过替换或 置换明文中的信息来隐藏其真实含义。古典密码包括凯撒密码、埃尼格玛密码等。 以凯撒密码为例，其原理是将明文按照一定的位移量进行移位，然后将移位后的字母 作为密文输出。比如将A替换成D，B替换成E，以此类推。这样即使密文被截获，也需要知道移位的位移量才能还原出明文。 2. 古典密码的应用 古典密码多用于古代的军事和外交领域，用来保护国家机密以及军事指令等重要信息。近年来，古典密码也被一些爱好者用来进行通信加密等娱乐用途。 1. 流密码的原理 流密码是一种利用伪随机数发生器生成密钥流，再用该密钥流与明文进行“异或”运 算得到密文的加密方法。其本质是一种通过伪随机数对明文进行混淆的加密技术。 对于流密码，其加密过程即将明文按位与密钥流进行异或操作，得到密文。解密时同 样将密文按位与密钥流进行异或操作，即可得到原来的明文。 2. 流密码的应用 流密码广泛应用于现代通信领域，特别是在无线通信和互联网通信中。流密码因为其 运算速度快、加密强度高和可扩展性强，在实际应用中得到了广泛的应用。 三、古典密码和流密码的特点比较 1. 安全性 古典密码由于使用的密钥空间较小，容易被暴力破解攻击。而流密码使用的密钥流是 一个伪随机数列，其安全性相对较高，因此在加密强度上有着明显的优势。 2. 速度
古典密码的加密和解密速度通常较快，特别是对于简单的置换密码。流密码的加密和解密速度也不慢，因为其基于异或操作，计算速度也相对较快。 3. 可拓展性 古典密码在使用新的密钥时需要重新构造密码表，而流密码在生成新的密钥流时只需要改变密钥生成算法的种子即可，因此在可扩展性上流密码拥有更大的优势。 1. 古典密码的应用场景 古典密码由于其简单易懂的加解密过程，通常应用在一些对加密强度要求不高的通信场景中，也适合一些爱好者用于进行加密通信。 总结 古典密码和流密码是密码学中常见的两种加密算法，它们都有各自的原理、特点和应用。古典密码以其简单易懂的加解密过程在一些对加密强度要求不高的通信场景中得到了应用。而流密码因为其高效的加密速度和强大的加密强度在现代通信系统中得到了广泛的应用。 随着信息技术的不断发展，加密技术也在不断提升，古典密码和流密码仍然是密码学中的重要组成部分，它们的应用将会更加广泛，保护通信安全的使命也将更加重要。
课程：网络信息安全实验日期：2015年5 月7 日成绩： 实验一古典密码算法 【实验目的】 理解代换密码学加密过程 【网络环境】 交换网络结构 【实验工具】 Matlab 【实验原理】 古典密码的加密方法一般是文字置换，使用手工或机械变换的方式实现。古典密码的代表密码体制主要有：单表代替密码、多表代替密码及转轮密码。 【实验步骤】 一.手动完成Kaiser密码 （1）根据Kaiser密码的基本原理，写出当密钥k=3时,对应明文：data security has evolved rapidly 的密文： GDWDVHFXULWBKDVHYROYHGUDSLGOB 。 （2）进入Matlab，打开fangshe_cipher.m，并运行该程序，在明文输入区明文：data security has evolved rapidly。输入密钥k1=1， k2=3，查看相应的密文，并与手动加密的密文进行比较。 GDWDVHFXULWBKDVHYROYHGUDSLGOB 请根据密钥验证密文与明文对应关系是否正确。 二. Kaiser密码分析 （1）进入Matlab，打开fangshe_cipher.m，并运行该程序，输入密钥k1=1，k2不为0，在明文输入区明文（要求明文有一定的意义以便让同组主机分析）。 请设置密钥参数k1：1 请设置密钥参数k2：2 明文：gameover 。
课程：网络信息安全实验日期：2015年5 月7 日成绩： （2）选择合适的密钥k2值完成Kaiser 加密，将密文记录下来。 密文：ICOGQXGT 。 （3）通知同组主机（不要告知密钥值k2）密文，让同组主机获取密文。同组主机对密文进行Kaiser解密。 clc;clear; A='abcdefghijklmnopqrstuvwxyz'; B='ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'; fprintf('==========仿射变换加密系统==========\n'); k1=input('请设置密钥参数k1：');%k1应与26互素，k1=1时便是凯撒变换 k2=input('请设置密钥参数k2：'); C=input('请输入密文：');%输入小写字母，且要加上单引号 d=length(C); D=zeros(1,d); Z=''; for i=1:d for j=1:26 if A(j)==C(i) m=j-1; c=k1*m+26-k2; D(i)=rem(c,26); break; end end end for i=1:d n=D(i)+1;
. 院系：数学与统计学学院专业：信息与计算科学年级：11 级 课程名称：XXXXX 学号：XXXXX XXXXX 姓名：XXXXX 指导教师：XXXXX 2014年10 月26 日
年级班 号学号 专业姓名 实验名称实验一Enigma密码 实验 类型 设计型综合型创新型 √ 实验 目的或要求 通过使用Engima密码模拟器，加深对古典密码体制的了解，为深入学习现代密码学奠定基础。 实验原理（算法流程）1.实验原理 ENIGMA看起来像一个装满了复杂而精致的元件的盒子，其部被分解成相当简单的三部分：键盘、转子和显示器。下面是它的最基本部分的示意图（图示已简化，字母和灯应分别有26个）。 图1-1 由图可知，水平面板的下面部分是有26个键的键盘，键盘排列类似于我们现在使用的计算机键盘。键盘上方就是显示器，它由标示了同样字母的26个小灯组成，当键盘上的某个键被按下时，和此字母被加密后的密文相对应的小灯就在显示器上亮起来。在显示器的上方是三个转子，它们的主要部分隐藏在面板之下。 键盘、转子和显示器由电线相连，电线把键盘的信号对应到显示器不同的小灯上去。在示意图中我们可以看到，如果按下a键，那么灯B就会亮，这意味着a被加密成了B。同样地我们看到，b被加密成了A，c被加密成了D，d被加密成了F，e被加密成了E，f被加密成了C。于是如果我们在键盘上依次键入cafe，显示器上就会依次显示DBCE。这是最简单的加密方法之一，把每一个字母都按一一对应的方法替换为另一个字母，这样的加密方式叫做“简单替换密码”。 简单替换密码在历史上很早就出现了。著名的“凯撒法”就是一种简单替换法，它把每个字母和它在字母表中后若干个位置中的那个字母相对应。比如取后三个位置，那么字母的一一对应就如下表所示： 明码字母表：abcdefghijklmnopqrstuvwxy 密码字母表：DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC 于是我们就可以从明文得到密文： 明文：veni, vidi, vici 密文：YHAL, YLGL, YLFL
古典密码矩阵排列法 古典密码矩阵排列法 随着信息传输技术的发展，密码学也成为了重要的研究领域之一。密码学可以分为对称加密和非对称加密两种方式，其中古典密码则是对称加密中最古老的一种方式。 古典密码矩阵排列法正是古典密码中的一种，通过将明文按照一定规律排列成矩阵，再按照不同的加密策略进行加密，从而保护信息传输的安全。 下面是古典密码矩阵排列法的具体介绍： 第一步：选择矩阵大小 矩阵的大小取决于明文的长度和加密的需要。一般情况下，明文长度为n，矩阵的大小应该是k * k，其中k*k >=n。 例如，对于明文 "Hello World"，长度为11，可以选择3*4或者4*4的矩阵。 第二步：将明文填充到矩阵中 将明文按照一定顺序（从左到右，从上到下）填充到矩阵中，如果矩
阵大小不够，则需要在矩阵的末尾填充一些无意义的符号。 例如，对于明文 "Hello World"，可以将其填充到3*4的矩阵中，得到如下结果： H e l l o W o r l d X 其中，字符 X 是填充的无意义符号。 第三步：选择加密模式 根据实际需要选择不同的加密模式。在古典密码矩阵排列法中，常用的加密模式包括行置换、列置换和对角线置换等。 行置换：将矩阵的每行重新排列。 例如，对于上述矩阵，进行行置换得到新的矩阵为： l l H e o o W d r l X 列置换：将矩阵的每列重新排列。
例如，对于上述矩阵，进行列置换得到新的矩阵为： o W l l r l d o o H e X l 对角线置换：将矩阵沿对角线翻转，得到新的矩阵。 例如，对于上述矩阵，进行对角线置换得到新的矩阵为： H o r e l l l W X o d 第四步：将加密后的矩阵转换成密文 将加密后的矩阵按照一定规律排列成一行或者一列，即得到加密后的密文。 例如，对于上述矩阵，按照行的顺序排列得到密文为： l l H e o o W d r l X 加密后的密文可以直接传输或者存储，只有解密者拥有正确的解密密
一、实验背景与目的 通过实现简单的古典密码算法，理解密码学的相关概念如明文（plaintext）、密文（ciphertext）、加密密钥(encryption key)、解密密钥（decryption key）、加密算法(encryption algorithm)、解密算法(decryption algorithm)等。 二、实验环境 Visual C++6.0 三、实验内容 (1)用C\C++语言实现仿射变换（Affine）加/解密算法；2） (2)用C\C++语言实现统计26个英文字母出现的频率的程序； (3)利用仿射变换加/解密程序对一段较长的英文文章进行加密，再利用统计 软件对明文和密文中字母出现的频率进行统计并作对比，观察有什么规 律。 其中a, b为密钥， 25 , 0≤ ≤b a ，且gcd(a, 26)=1 实验要求：加/解密程序对任意满足条件的a、b都能够处理。仿射变换： 加密： ()26 mod , b am m E c b a + = = 解密： ()()26 mod 1 , b c a c D m b a - = =- 四、实验原理 一个仿射变换对应于一个矩阵和一个向量的乘法，而仿射变换的复合对应于普通的矩阵乘法，只要加入一个额外的行到矩阵的底下，这一行全部是0除了最右边是一个1，而列向量的底下要加上一个1。仿射变换原理在基于MQ问题的多变元公钥密码中,公钥一般是方程组,但是这种没有处理的方程组很容易受到插值法的攻击,例如:首先在q元有限域上选取个变量以及个变量。构造方程组:这里面公钥信息方程组就是:其中是明文信息,而则是密文。可以看出这样的公钥信息很容易受到插值法的攻击,下面使用仿射将
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。 2.维吉尼亚密码通过使用多个凯撒密码表，增加了加密的复杂性，使得 破解变得更加困难。 3.培根密码使用一系列字母组成的密钥，对明文进行替换。它的安全性 依赖于密钥的保密性，但一旦密钥泄露，密码就会立即失效。 在实际应用中，古典密码由于其简单性和易于理解的特点，已经不再被广泛使用。相比之下，现代密码算法（如AES，RSA等）具有更高的安全性和更复杂的加
实验一古典密码实验 1实验目的 理解置换加密过程 2实验内容 １．利用单表置换密码实现简单加密解密. ２．对单表置换密码的分析. 3实验过程 （１）.与同组协商的密钥词组：Ｋ＝ＩＡＭＳＴＵＤＥＮＴ （２）根据“单表置换”实验原理计算出置换表； （３）得到置换表后在明文区输入明文进行加密． （３）将加密结果导入，根据同组主机置换表完成本机置换表，对密文解密，（４）本机解密明文与同组主机明文对照，结果一致，实验完成． 二，单表置换密码分析 （１）本机进入“密码工具”｜“加密解密”｜“单表置换”｜“密码分析”页面，单击“导入”按钮，将密文“单表置换密码分析密 文.txt”导入，单击“统计”按钮，统计密文中每个字母出现的 频率， （２），置换表组框中点击“解密”按钮，这时将得到一个明文。然而此时的明文并不是最终要得到的，通过明文的特征和各个字母的比例来调节置换表中的对应关系，得到正确的明文。调整后的置换表如下：
(3)对密文解密如下: 4结论 通过将解密后的明文和同组主机记录的明文对照，得到相同结果，说明成功。古典密码学中的单表置换在算法上简洁明了，易懂，并对明文进行一定的加密，然而通过对单表置换密码的分析,通过统计规律，我们可以通过英文字母出现的频率来破解密文,这样看来其实并不是完全安全的,
实验二分组密码实验 1实验目的 1.理解对称加密算法的原理和特点 2.理解DES算法的加密原理 3理解AES算法的加密原理 2实验内容 1.进行简单的DES加密解密. 2.利用AES原理实现加密解密, 3实验过程 一．进入“密码工具”｜“加密解密”｜“AES加密算法”｜“加密/解密” 页签，在明文输入区输入明文 二．(1) 本机进入“密码工具”｜“加密解密”｜“AES加密算法”｜“加密/解密”页签，在明文输入区输入明文：。本机进入“密码工具”｜“加密解密”｜“AES加密算法”｜“加密/解密”页签，在明文输入区输入明文 （2）在密钥窗口输入16（128位）个字符的密钥k，要记住这个密钥以用于解密，密钥k= 。单击“加密”按钮，将密文导出到AES文件夹（D:\Work\Encryption\AES\）中，通告同组主机获取密文，并将密钥k告诉同组主机。 （3）单击“导入”按钮，从同组主机的AES共享文件夹中将密文导入，然后
一、古典密码（1,2,4） 解：设解密变换为m=D(c)≡a*c+b (mod 26) 由题目可知密文ed 解密后为if，即有： D(e)=i ：8≡4a+b (mod 26) D(d)=f ：5≡3a+b (mod 26) 由上述两式，可求得a=3，b=22。 因此，解密变换为m=D(c)≡3c+22 (mod 26) 密文用数字表示为： c=[4 3 18 6 8 2 10 23 7 20 10 11 25 21 4 16 25 21 10 23 22 10 25 20 10 21 2 20 7] 则明文为m=3*c+22 (mod 26) =[8 5 24 14 20 2 0 13 17 4 0 3 19 7 8 18 19 7 0 13 10 0 19 4 0 7 2 4 17] = ifyoucanreadthisthankateahcer 4. 设多表代换密码C i≡ AM i + B (mod 26) 中，A是2×2 矩阵，B是0 矩阵，又知明文“dont”被加密为“elni”，求矩阵A。 解：dont = (3,14,13,19) => elni = (4,11,13,8)
二、流密码 （1,3,4） 1. 3 级 线 性 反 馈 移 位 寄 存 器 在 c 3=1 时 可 有 4 种 线 性 反 馈 函 数 ， 设 其 初 始 状 态 为 (a 1,a 2,a 3)=(1,0,1)，求各线性反馈函数的输出序列及周期。 解：设反馈函数为 f(a 1,a 2,a 3) = a 1⊕c 2a 2⊕c 1a 3 当 c1=0，c2=0 时，f(a 1,a 2,a 3) = a 1，输出序列为 101101…，周期为 3。 当 c1=0，c2=1 时，f(a 1,a 2,a 3) = a 1⊕a 2，输出序列如下 10111001011100…，周期为 7。 当 c1=1，c2=0 时，f(a 1,a 2,a 3) = a 1⊕a 3，输出序列为 10100111010011…，周期为 7。 当 c1=1，c2=1 时，f(a 1,a 2,a 3) = a 1⊕a 2⊕a 3，输出序列为 10101010…，周期为 2。 3. 设 n=4，f(a 1,a 2,a 3,a 4)=a 1⊕a 4⊕1⊕a 2a 3，初始状态为(a 1,a 2,a 3,a 4)=(1,1,0,1)，求此非线性 反馈移位寄存器的输出序列及周期。 解：列出该非线性反馈移位寄存器的状态列表和输出列表： 而第 m+3 a m +3 = c 1a m +2 + c 2a m +1 + c 3a m = c 1 ⊕1 + c 2 ⊕ 0 + c 3c m ⊕ 0 即第 m+3 比特为 0
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。 3.看懂试验程序代码，如有需要可在其上进行优化。