JNU现代密码学实验1
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现代密码学实验报告学生姓名学号专业班级指导教师学院完成时间实验一对称密码算法实验[实验目的]1.掌握密码学中经典的对称密码算法DES、AES、RC4的算法原理。
2.掌握DES、AES、RC4的算法流程和实现方法。
[实验内容]1. 分析DES、AES、RC4、SHA的实现过程。
2. 用程序设计语言将算法过程编程实现。
3. 完成字符串数据的加密运算和解密运算输入明文:Idolikethisbook输入密钥:cryption[实验步骤]一、DES算法1、DES算法及原理DES算法为密码体制中的对称密码体制,又被称为美国数据加密标准,是1972年美国IBM公司研制的对称密码体制加密算法。
明文按64位进行分组,密钥长64位,密钥事实上是56位参与DES运算(第8、16、24、32、40、48、56、64位是校验位,使得每个密钥都有奇数个1)分组后的明文组和56位的密钥按位替代或交换的方法形成密文组的加密方法。
2、DES算法加解密过程(1) DES算法加密过程如下:a.初始置换。
DES的第一阶段包括64位分组的置换,改变每个分组中位的顺序。
术语置换使用其严格的数学意义;只改变了顺序。
这64位数据现在被分成两半:L0(左半部分)和R0(右半部分)。
下标0说明是原始的数据。
在DES算法第二阶段的每次循环后,这些下标加1。
b.循环移位(16次)一种根据密钥,并且依赖于表格的算法。
这种操作通常被称为数据移位。
这个算法要重复16次,但由于每次移位都使用密钥的不同子分组,因此每次移位的操作各不相同。
密钥的子分组由另一组表格和表格的移位算法来确定。
在每次循环以后,L(左半部分)和R(右半部分)的下标依次加一。
第16次循环的结果被称为预输出。
c.逆置换DES的最后一个阶段包括64位分组的置换,改变每个分组中位的顺序,这与第1阶段的操作类似。
这次置换的输出结果就是密文。
(2)解密过程DES的解密过程和加密过程相同,只是在解密过程中将子密钥的使用顺序颠倒。
《现代密码学习题》答案第一章1、1949年,( A )发表题为《保密系统的通信理论》的文章,为密码系统建立了理论基础,从此密码学成了一门科学。
A、ShannonB、DiffieC、HellmanD、Shamir2、一个密码系统至少由明文、密文、加密算法、解密算法和密钥5部分组成,而其安全性是由( D)决定的。
A、加密算法B、解密算法C、加解密算法D、密钥3、计算和估计出破译密码系统的计算量下限,利用已有的最好方法破译它的所需要的代价超出了破译者的破译能力(如时间、空间、资金等资源),那么该密码系统的安全性是( B )。
A无条件安全B计算安全C可证明安全D实际安全4、根据密码分析者所掌握的分析资料的不通,密码分析一般可分为4类:唯密文攻击、已知明文攻击、选择明文攻击、选择密文攻击,其中破译难度最大的是( D )。
A、唯密文攻击B、已知明文攻击C、选择明文攻击D、选择密文攻击5、1976年,和在密码学的新方向一文中提出了公开密钥密码的思想,从而开创了现代密码学的新领域。
6、密码学的发展过程中,两个质的飞跃分别指 1949年香农发表的保密系统的通信理论和公钥密码思想。
7、密码学是研究信息寄信息系统安全的科学,密码学又分为密码编码学和密码分析学。
8、一个保密系统一般是明文、密文、密钥、加密算法、解密算法 5部分组成的。
9、密码体制是指实现加密和解密功能的密码方案,从使用密钥策略上,可分为对称和非对称。
10、对称密码体制又称为秘密密钥密码体制,它包括分组密码和序列密码。
第二章1、字母频率分析法对(B )算法最有效。
A、置换密码B、单表代换密码C、多表代换密码D、序列密码2、(D)算法抵抗频率分析攻击能力最强,而对已知明文攻击最弱。
A仿射密码B维吉利亚密码C轮转密码D希尔密码3、重合指数法对(C)算法的破解最有效。
A置换密码B单表代换密码C多表代换密码D序列密码4、维吉利亚密码是古典密码体制比较有代表性的一种密码,其密码体制采用的是(C )。
现代密码学实验报告学生姓名学号专业班级指导教师学院信息科学与工程学院完成时间2014年5月实验一对称密码算法实验[实验目的]1.掌握密码学中经典的对称密码算法DES、AES、RC4的算法原理。
2.掌握DES、AES、RC4的算法流程和实现方法。
[实验预备]1.DES算法有什么特点算法中的哪些结构保证了其混淆和扩散的特性答:分组比较短、密钥太短、密码生命周期短、运算速度较慢。
采用替代和置换的方法简单有效地遵循了香农定理,替代操作通过S盒达到了混淆效果,置换操作通过P盒扩散效果。
2.AES算法的基本原理和特点。
答:AES加密数据块分组长度必须为128比特,密钥长度可以是128比特、192比特、256比特中的任意一个(如果数据块及密钥长度不足时,会补齐)。
AES加密有很多轮的重复和变换。
大致步骤如下:1、密钥扩展(KeyExpansion),2、初始轮(Initial Round),3、重复轮(Rounds),每一轮又包括:SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey,4、最终轮(Final Round),最终轮没有MixColumns。
3.流密码RC4的密钥流生成以及S盒初始化过程。
答:RC4由伪随机数生成器和异或运算组成。
RC4的密钥长度可变,范围是[1,255]。
RC4一个字节一个字节地加解密。
给定一个密钥,伪随机数生成器接受密钥并产生一个S盒。
S盒用来加密数据,而且在加密过程中S盒会变化。
初始化长度为256的S盒。
第一个for循环将0到255的互不重复的元素装入S盒。
第二个for循环根据密钥打乱S盒。
下面i,j 是两个指针。
每收到一个字节,就进行while循环。
通过一定的算法((a),(b))定位S盒中的一个元素,并与输入字节异或,得到k。
循环中还改变了S盒((c))。
如果输入的是明文,输出的就是密文;如果输入的是密文,输出的就是明文。
[实验内容]1.分析DES、AES、RC4、SHA的实现过程。
(完整版)北邮版《现代密码学》习题答案《现代密码学习题》答案第一章1、1949年,(A )发表题为《保密系统的通信理论》的文章,为密码系统建立了理论基础,从此密码学成了一门科学。
A、ShannonB、DiffieC、HellmanD、Shamir2、一个密码系统至少由明文、密文、加密算法、解密算法和密钥5部分组成,而其安全性是由( D)决定的。
A、加密算法B、解密算法C、加解密算法D、密钥3、计算和估计出破译密码系统的计算量下限,利用已有的最好方法破译它的所需要的代价超出了破译者的破译能力(如时间、空间、资金等资源),那么该密码系统的安全性是( B )。
A无条件安全B计算安全C可证明安全D实际安全4、根据密码分析者所掌握的分析资料的不通,密码分析一般可分为4类:唯密文攻击、已知明文攻击、选择明文攻击、选择密文攻击,其中破译难度最大的是( D )。
A、唯密文攻击B、已知明文攻击C、选择明文攻击D、选择密文攻击5、1976年,和在密码学的新方向一文中提出了公开密钥密码的思想,从而开创了现代密码学的新领域。
6、密码学的发展过程中,两个质的飞跃分别指1949年香农发表的保密系统的通信理论和公钥密码思想。
7、密码学是研究信息寄信息系统安全的科学,密码学又分为密码编码学和密码分析学。
8、一个保密系统一般是明文、密文、密钥、加密算法、解密算法5部分组成的。
9、密码体制是指实现加密和解密功能的密码方案,从使用密钥策略上,可分为对称和非对称。
10、对称密码体制又称为秘密密钥密码体制,它包括分组密码和序列密码。
第二章1、字母频率分析法对(B )算法最有效。
A、置换密码B、单表代换密码C、多表代换密码D、序列密码2、(D)算法抵抗频率分析攻击能力最强,而对已知明文攻击最弱。
A仿射密码B维吉利亚密码C轮转密码D希尔密码3、重合指数法对(C)算法的破解最有效。
A置换密码B单表代换密码C多表代换密码D序列密码4、维吉利亚密码是古典密码体制比较有代表性的一种密码,其密码体制采用的是(C )。
第1篇一、实验目的1. 了解现代密码学的基本原理和数论基础知识;2. 掌握非对称密码体制的著名代表RSA加密算法的工作原理和流程;3. 设计实现一个简单的密钥系统;4. 掌握常用加密算法AES和DES的原理及实现。
二、实验内容1. RSA加密算法实验2. AES加密算法实验3. DES加密算法实验三、实验原理1. RSA加密算法RSA算法是一种非对称加密算法,由罗纳德·李维斯特、阿迪·沙米尔和伦纳德·阿德曼三位密码学家于1977年提出。
其基本原理是选择两个大质数p和q,计算它们的乘积n=pq,并计算欧拉函数φ(n)=(p-1)(q-1)。
选择一个整数e,满足1<e<φ(n)且e与φ(n)互质。
计算e关于φ(n)的模逆元d。
公开密钥为(e,n),私有密钥为(d,n)。
加密过程为C=Me mod n,解密过程为M=Cd mod n。
2. AES加密算法AES(Advanced Encryption Standard)是一种分组加密算法,采用128位分组大小和128、192或256位密钥长度。
AES算法主要分为四个阶段:初始轮、密钥扩展、中间轮和最终轮。
每个轮包括字节替换、行移位、列混淆和轮密钥加。
3. DES加密算法DES(Data Encryption Standard)是一种分组加密算法,采用64位分组大小和56位密钥长度。
DES算法主要分为16轮,每轮包括置换、置换-置换、S盒替换和密钥加。
四、实验步骤及内容1. RSA加密算法实验(1)选择两个大质数p和q,计算n=pq和φ(n)=(p-1)(q-1);(2)选择一个整数e,满足1<e<φ(n)且e与φ(n)互质,计算e关于φ(n)的模逆元d;(3)生成公开密钥(e,n)和私有密钥(d,n);(4)用公钥对明文进行加密,用私钥对密文进行解密。
2. AES加密算法实验(1)选择一个128、192或256位密钥;(2)初始化初始轮密钥;(3)进行16轮加密操作,包括字节替换、行移位、列混淆和轮密钥加;(4)输出加密后的密文。
《现代密码学》实验教学大纲适用专业: 信息安全 课程性质: 必做课程编号: 0602003120 实验学时: 8课程总学时: 48 开课学期: 第5学期开课单位: 计算机工程教学实验中心一、实验目的与要求本课程实验教学的目的是使学生通过软件编程掌握(1)实现古典密码学中的多表代换加密(Vigenere加密)的密文进行破译的基本方法;(2)掌握DES加密算法、AES加密算法,能够在实际的应用系统或安全系统中实现;(3)掌握公钥密码体制模型、RSA算法、ECC算法、基于RSA和ECC的数字签名机制;能够在实际应用中利用公钥密码算法及签名机制实现加解密、数字签名、公钥基础设施平台的能力。
实验要求学生掌握Vigenere加密的密文采用重合指数法进行破解的方法;掌握DES、AES分组加密算法;掌握RSA算法加解密及其数字签名机制;椭圆曲线加解密算法及其数字签名机制的设计与实现。
掌握软件代码的调试方法,对程序运行的正确性进行反复测试,完成实验报告。
二、实验内容与学时分配序号实验项目实验内容学时实验类别开出要求1 多表代换Vigenere加解密算法及密钥破解算法的实现1.使用Vigenere加密算法在字符集{a...z}上的密钥、明文消息的编码、加密算法的编程实现,明文消息存储在文本文件plain.txt中;(2)利用密钥对密文进行解密算法的编程实现;(3)唯密文攻击:给出一段Vigenere加密后的密文cipher.txt,要求破解得到加密密钥key,利用key进行解密得到明文文件plain.txt,验证破解是否成功。
2 设计性必做2 AES加密、解密算法的实现(1)绘制AES-128算法流程图;(2)建立一个明文文本文件plain.txt, 从中读取16个字节(字符)作为AES加密的一个分组(block);(3)设置的一个AES加密算法的KEY=128bits(16个字节或4个字);(4)编程实现对一个分组16个字符的AES加密,得到密文;(5)对步骤(4)得到的密文,2 验证性必做编程利用密钥key进行解密,并验证AES加解密程序的正确性。
现代密码学与加解密技术实验一、实验教学目标与基本要求现代密码学与加解密技术实验是本课程重要的实践教学环节。
实验的目的不仅仅是验证理论知识,更重要的是通过实验加强学生的实验手段与实践技能,培养学生分析问题、解决问题、应用知识的能力和创新精神,全面提高学生的综合素质。
通过本实验简要了解密码学以及现代密码算法的基本知识,学会常用文件加密的实现、了解系统加密解密技术,具体掌握几种加解密方法。
实验后完成要求撰写实验报告,报告内容包括题目、测试数据、运行结果、遇到的问题和解决方法、关键代码或程序清单,学生可以在实验报告中提出对实验的建议和意见。
二、实验项目及教学安排三、实验成绩考核办法每次实验后,要求从以下几个方面书写实验报告:实验题目,程序清单,实验用数据及结果,学生可以在实验报告中提出对实验的建议和意见。
实验成绩满分100分,并按10%折算记入课程总成绩,实验成绩不合格者不得参加期末考试。
实验成绩按下面7条进行考核评定。
(1)做好实验内容的预习,写出预习报告;占10%。
(2)了解实验题目的调试方法;占10%。
(3)按实验要求预先设计好程序;占10%。
(4)认真记录实验数据并分析实验结果;占10%。
(5)实验后按要求书写实验报告,记录实验用数据及运行结果;占30%。
(6)创新能力强,在实验中设计的程序有一定的通用性,算法优化;20%。
(7)实验过程中,具有严谨的学习态度,认真、踏实、一丝不苟的科学作风;10%四、实验教材及参考书1.Richard J.Spillman:《CLASSICAL AND CONTEMPORARY CRYPTOLOGY》,清华大学出版社,2005-72.William Stallings: Cryptography and Network Security: Principles and Practice. 2nd ed. Prentice Hall, 1998.3.杨波著:《现代密码学》,清华大学出版社,2003-8.4.Wenbo Mao. Modern Cryptography: Theory and Practicce. 电子工业出版社,2004-7.5.许主洪著:《加密与解密-密码技术剖析与实战应用》,人民邮电出版社,2002-8.6.张焕国,刘玉珍著:《密码学引论》,武汉大学出版社,2003.7.段钢著:《加密与解密》,电子工业出版社,2005-3.五、实验内容与报告的要求实验1、2的内容要求(提示性的)与封面见附录一(打印时将“附录一”3个字去掉)。
暨南大学本科实验报告专用纸课程名称现代密码学实验成绩评定实验项目名称古典密码算法指导教师许鹏实验项目编号实验一实验项目类型实验地点实B404一.C aesar(恺撒)密码实验原理:Caesar密码是传统的代替加密法,当没有发生加密(即没有发生移位)之前,其置换表如表1所示。
表1 Caesar置换表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:data security has evolved rapidly经过加密后就可以得到密文:IFYF XJHZWNYD MFX JATQAJI WFUNIQD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) mod 26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) mod 26例如明文:data security 对应的数据序列:3 0 19 0 184 2 20 17 8 19 24当k = 5时经过加密变换得到密文序列:8 5 24 5 23 9 7 25 22 13 24 3对应的密文为:I F Y F X J H Z W N Y D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。
请将明文记录在这里: helloworld 。
(2)调节密钥k的微调按钮或者对照表的移位按钮,选择合适的密钥k值,并记下该密钥k值用于同组主机的解密。
加密工作完成后,单击“导出”按钮将密文默认导出到Caesar共享文件夹(D:\Work\Encryption\Caesar\)中,默认文件名为Caesar密文.txt。
(3)通知同组主机接收密文,并将密钥k通告给同组主机。
(4)单击“导入”按钮,进入同组主机Work\Encryption\Caesar目录(在“开始|运行”中输入“\\同组主机IP\Work\Encryption\Caesar”),打开Caesar密文.txt。
(5)调节密钥k的微调按钮或对照表的移位按钮,将k设为同组主机加密时的密钥k值,这时解密已经成功。
请将明文写出: helloworld 。
(6)将解密后的明文与同组主机记录的明文比较,请对比明文是否相同。
三.Caesar密码分析(1)本机进入“密码工具”|“加密解密”|“Caesar密码”,在明文输入区输入明文(要求明文有一定的意义以便让同组主机分析)。
请将明文记录在这里: sto orz sto hyh orz sto orz 。
(2)调节密钥k的微调按钮或者对照表的移位按钮,选择合适的密钥k值完成Caesar加密,单击“导出”按钮,将密文默认导出到Caesar共享文件夹中。
(3)通告同组主机(不要通告密钥值k)密文已经放在共享文件夹中,让同组主机获取密文。
(4)单击“导入”按钮将同组主机Caesar密文导入。
(5)调节密钥k的微调按钮或者对照表的移位按钮来调节密钥,从而进行密码分析(平均13次,最坏26次破解)。
请将破解出的明文和密钥记录在这里:密钥k= 15 。
明文 sto orz sto hyh orz sto orz 。
(6)将破解后的密钥和明文与同组主机记录的密钥和明文比较。
如果不同请调节密钥k继续破解。
四.源码应用(选做)设计Caesar加密工具,利用Caesar加密算法对文件进行加密。
单击工具栏“Caesar加密工具工程”按钮。
基于此工程进行程序设计。
实验截图:问题思考:1.在手动完成Caesar密码实验中,密钥k=3,试着画出这时的Caesar置换表?2.古典密码学曾经被广泛应用,它可以分为代替密码和置换密码两种,请查找相关资料,列举出几种属于代替密码和置换密码的古典密码算法?答:1.2.代替密码有凯撒密码、行变换密码置换密码有:scytale密码轨道栏杆密码几何图形密码二.单表置换密码单表置换密码也是一种传统的代替密码算法,在算法中维护着一个置换表,这个置换表记录了明文和密文的对照关系。
当没有发生加密(即没有发生置换)之前,其置换表如表1所示。
表1 置换表在单表置换算法中,密钥是由一组英文字符和空格组成的,称之为密钥词组,例如当输入密钥词组:I LOVE MY COUNTRY后,对应的置换表如表2所示。
表2 置换表在表2中 ILOVEMYCUNTR是密钥词组I LOVE MY COUNTRY略去前面已出现过的字符O和Y依次写下的。
后面ABD……WXZ则是密钥词组中未出现的字母按照英文字母表顺序排列成的,密钥词组可作为密码的标志,记住这个密钥词组就能掌握字母加密置换的全过程。
这样对于明文:data security has evolved rapidly,按照表2的置换关系,就可以得到密文:V IKI JEOPHUKX CIJ EQDRQEV HIFUVRX。
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。
实验步骤:(1)单击“密码工具”按钮,进入“加密解密”|“单表置换”|“加密/解密”视图,与同组主机协商好一个密钥词组k= wahgoldenlegend 。
(2)根据“单表置换”实验原理计算出置换表。
(3)计算完成置换表以后,在明文输入区输入明文,单击“加密”按钮用置换表的对应关系对明文进行加密,加密完成后,单击“导出”按钮,将密文导出到SingleTable共享目录中,并通告同组主机获取密文。
请将明文记录在这里:caicaimykey 。
(4)单击“导入”按钮将同组主机单表置换密文导入,根据同组主机置换表完成本机置换表,单击“解密”按钮对密文进行解密。
(5)本机将解密后的明文与同组主机记录的明文对照,如果双方的明文一致,则说明实验成功,否则说明本机或同组主机的置换表计算错误。
实验结果双方明文一致二.单表置换密码分析(1)图1是由统计学得出的英文字母相对频率表。
图1 英文字母相对频率表由图1可以看出,英文字母E出现的频率最高,而J和Z出现的频率最低,这样,就可以通过英文字母出现的频率大致上判定单表置换密码的置换表,从而得到明文。
(2)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,回答下列问题:在密文中出现频率最高的字母是 a 。
与上表比较,它可能是由字母 e 置换的。
(3)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,可以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,从而得到正确的明文。
例如,明文第一段和置换表如图2所示。
图2根据明文我们可猜测图中画线的单词“soe dlda’r”应该为“she didn’t”。
首先在置换表中找到明文小写字母o对应的密文大写字母E,然后改变置换表,使猜测的h对应E,依此类推则i对应F,n 对应M,t对应T,变换后的置换表如图3所示。
图3单击“解密”按钮,得到明文如图4所示。
图4依此类推便可以得到明文,请根据你的置换表填写表1。
表1a b c d e f g h i j k l mC H I N A BDEFG J K Ln o p q r s t u v w x y zM O P Q R S T U V W X Y Z三.源码应用(选做)设计单表置换加密工具,利用单表置换加密算法对文件进行加密。
单击工具栏“单表置换加密工具工程”按钮。
基于此工程进行程序设计。
实验截图:问题思考1.在单表置换密码分析过程中,我们看到破解方法是基于英文字母出现的频率,你能想出一个改进方法使单表置换加密方法能抵抗这种方法的密码分析吗?答:1.约定好在明文中间隔着插入某些低频率的无意义的字母,解密的时候删掉就好,这样解密者得到的就是错误的频率了,增加解密的难度。
三、乘法密码乘法密码是简单代替密码的一种。
其映射函数为:f(a)=b=a[j],其中j=jk mod n并且j与k互素。
举个例子:当倍数为3时:abcdefghijklmnopqrstuvwxyz 对应1~26个数字将其各自乘以3(超出26时,减去26依次排列)1~9 10~19 20~26 a*b*c*d*e*f*g*h*i*j*k*l*m*n*o*p*q*r*s*t*u*v*w*x*y*zirajsbktcludmvenwfoxgpyhqz对应abcdefghijklmnopqrstuvwxyz。
对于乘数密码,只有当乘数与26互质时,加密之后才会有唯一的解,因此乘数只可能有如下11种的选择:乘数 = 3,5,7,9,11,15,17,19,21,23,25。
实验步骤:本练习主机A、B为一组,C、D为一组,E、F为一组。
以A、B一组为例。
首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。
一.主机A加密(1)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“乘法算法”,在明文输入区输入明文(明文应为英文或数字),选择一个乘数,然后单击“加密”按钮进行加密。
请将明文记录在这里: windowslinuxdos 。
请将选择的乘数记录在这里: 9 。
请将密文记录在这里: QUNBWQGVUNYZBWG 。
(2)加密工作完成后,单击“导出”按钮将密文默认导出到乘法密码共享文件夹(D:\Work\Encryption\MultiplicationCipher)中,默认文件名为“乘法加密.txt”。
(3)通知同组主机B接收密文,并将选择的乘数通告给同组主机B。
二.主机B操作(1)单击“导入”按钮,进入同组主机Work\Encryption\MultiplicationCipher目录(在“开始|运行”中输入\\同组主机IP\Work\Encryption\MultiplicationCipher),打开“乘法密文.txt”。