密码学实验报告.docx
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密码学实验报告
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《—现代密码学—》
实验指导书
适用专业：
计算机科学与技术
江苏科技大学计算机科学学院
2011年11月
实验一古典密码
实验学时：
2学时
实验类型：
验证
实验要求：
必修
一、实验目的
编程实现古典密码的加解密方法。
二、实验内容
（1）移位密码的加密和解密函数。
（2）仿射密码的加密和解密函数。
（3）维吉尼亚密码的加密和解密函数。
三、实验原理、方法和手段
（1）移位密码
对于明文字符，加密密钥，加密方法为
解密方法为
（2）仿射密码
对于明文字符，加密密钥，加密方法为
解密方法为
（3）维吉尼亚密码
选取密钥字Key，将明文按照密钥字长度分组，将明文与密钥字对应字符相加并对26求余，即为密文字符。
解密过程为
四、实验组织运行要求
本实验采用集中授课形式，每个同学独立完成上述实验要求。
五、实验条件
每人一台计算机独立完成实验，有如下条件：
（1）硬件：
微机；
（2）软件：
VC++6.0、VC++.Net2005。
六、实验步骤
（1）将各函数编写完成；
（2）在主函数中调用各函数，实现加密和解密。
七、实验报告
实验报告主要包括实验目的、实验内容、实验原理、源程序及结果。
移位密码加密:
#include
#definen3//移位位数
voidchange（charstring[]）
{
inti;
for（i=0;string[i]!
='\0';i++）
{
if（string[i]>='a'&&string[i]<='z'）
string[i]=（string[i]+n>='z'?
string[i]+n-26:
string[i]+n）;
}
}
voidmain（）
{
charstr[100];
printf（"请输入一段明文"）;
gets（str）;
change（str）;
printf（"密文为：
\n"）;
puts（str）;
}
移位密码解密：
#include
#definen3//移位位数
voidchange（charstring[]）
{
inti;
for（i=0;string[i]!
='\0';i++）
{
if（string[i]>='a'&&string[i]<='z'）
string[i]=（string[i]+n<'a'?
string[i]-n+26:
string[i]-n）;
}
}
voidmain（）
{
charstr[100];
printf（"请输入一段密文"）;
gets（str）;
change（str）;
printf（"明文为：
\n"）;
puts（str）;
}
仿射密码加密：
#include
voidfun（chara[],intx,inty）
{
inti;
for（i=0;a[i]!
='\0';i++）
{
a[i]=（x*（a[i]-97）+y）%26+97;
}
}
main（）
{
charstring[100];
intx,y;
printf（"输入"）;
gets（string）;
printf（"请输入密钥"）;
scanf（"%d,%d",&x,&y）;
printf（"明文：
%s\n",string）;
fun（string,x,y）;
printf（"密文为：
%s\n",string）;
}
仿射密码解密：
#include
voidfun（chara[],intx,inty）
{
inti;
for（i=0;a[i]!
='\0';i++）
{
a[i]=（x*（a[i]-97）+y）%26+97;
}
}
main（）
{
charstring[100];
intx,y;
printf（"输入"）;
gets（string）;
printf（"请输入密钥"）;
scanf（"%d,%d",&x,&y）;
printf（"密文：
%s\n",string）;
fun（string,x,y）;
printf（"明文：
%s\n",string）;
}
密码加密：
#include
voidchange（charold[],charnew1[][5]）
{inti,j,t;
chartemp[20][5];
t=strlen（old）;
for（i=t;i<（5-t%5）+t;i++）//将一维数组old每5个分成一组不足5位的用X补充
old[i]='x';
for（i=t+（5-t%5）;i<100;i++）
old[i]='\0';
for（i=0;i<20;i++）//将一维数组old转换成一个20*5的二维数组temp
for（j=0;j<5;j++）
temp[i][j]=old[5*i+j];
for（i=0;i<20;i++）//密文字母交换顺序
{
new1[i][0]=temp[i][1];
new1[i][1]=temp[i][4];
new1[i][2]=temp[i][3];
new1[i][3]=temp[i][0];
new1[i][4]=temp[i][2];
}
}
main（）
{
charold[100],new1[20][5];
gets（old）;
change（old,new1）;
printf（"%s",new1）;
}
密码解密
#include
voidchange（charold[],charnew1[][5]）
{inti,j,t;
chartemp[20][5];
t=strlen（old）;
for（i=0;i<20;i++）//将一维数组old转换成一个20*5的二维数组temp
for（j=0;j<5;j++）
temp[i][j]=old[5*i+j];
for（i=0;i<20;i++）//密文字母交换顺序
{
new1[i][1]=temp[i][0];
new1[i][4]=temp[i][1];
new1[i][3]=temp[i][2];
new1[i][0]=temp[i][3];
new1[i][2]=temp[i][4];
}
}
main（）
{
charold[100],new1[20][5];
gets（old）;
change（old,new1）;
printf（"%s",new1）;
}
实验二序列密码
实验学时：
2学时
实验类型：
验证
实验要求：
必修
一、实验目的
编程实现序列密码RC4的加密方法。
二、实验内容
序列密码RC4。
三、实验原理、方法和手段
RC4首先进行S表的初始化：
（1）；
（2）用密钥填充另一个256字节的数组K，如果密钥长度小于256字节，则依次重复填充，直至填满这个数组。
（3）J＝0；
（4）对于I＝0到255，重复以下步骤
①;
②交换和。
RC4对下面
（1）～（5）循环后，得出密钥流的一个字节z。
（1）；
（2）
（3）
（4）交换和；
（5）；
（6）.
四、实验组织运行要求
本实验采用集中授课形式，每个同学独立完成上述实验要求。
五、实验条件
每人一台计算机独立完成实验，有如下条件：
（1）硬件：
微机；
（2）软件：
VC++6.0、VC++.Net2005。
六、实验步骤
（1）将各函数编写完成；
（2）在主函数中调用各函数，实现加密和解密。
七、实验报告
实验报告主要包括实验目的、实验内容、实验原理、源程序及结果。
线性移位寄存器：
#include
#include
charInputKey[4];//输入的4位密钥字符
intInitKey[32];//密钥转化成的32位0或1的序列
intBit[8];//明文中单个字符的位序列（通过for使Bit数组改变，逐一表示各个字符）
intLFSRKey[32];
charOut[2];//每个字符加密后通过2位16进制表示
charInfo[1000];//需要加密的明文，最多1000位，当然可以修改该值使之更大
inttempInfo[1000];//明文字符对应的Ascii值
intInfoLength;//实际明文长度
charCipher[2000];//密文
//（,0）
voidKeyToBit（）;//把初始密钥转化成位序列
voidLFSR（）;//LFSR序列加密
voidOutput16（）;//把二进制转化为16进制
voidInfoToBit（intj）;//把输入的明文转化成位序列
main（）
{
inti,j;
charans;
while
（1）
{
printf（"\n***************************************************************\n\n"）;
printf（"PleaseinputtheInitKey:
\n"）;//输入四个字符作为初始密钥，老师要求：
good
for（i=0;i<4;i++）
scanf（"%c",&InputKey[i]）;
KeyToBit（）;
printf（"\nPleaseinputtheInformationencrypted（Endwith\"#\"）:
\n"）;//输入需要加密的明文，以#作为结束符
for（i=0;i<1000;i++）
{
scanf（"%c",&Info[i]）;//记录输入的明文
tempInfo[i]=Info[i];//将Ascii值同步附给tempInfo
if（Info[i]=='#'）
{
InfoLength=i;
break;//遇到#则停止读取
}
}
printf（"\n***************************************************************\n\n"）;
printf（"TheCipheris:
\n"）;
for（i=0,j=0;i{
InfoToBit（i）;//每个明文字符单独转化为8bit位序列，保存到Bit[8]
LFSR（）;//加密
Cipher[j]=Out[0];
printf（"%c",Cipher[j]）;
Cipher[j+1]=Out[1];
printf（"%c",Cipher[j+1]）;
j=j+2;
}
printf（"\n***************************************************************\n\n"）;
printf（"Continue?
y/n?
\n"）;
getchar（）;//消除前面输入的字符对本次输入的影响
scanf（"%c",&ans）;
getchar（）;
if（ans=='n'）//按n不继续测试
break;
}
}
voidKeyToBit（）
{
inti,j,r;
for（i=0;i<4;i++）
{
r=InputKey[i];
for（j=0;j<8;j++）
Bit[j]=0;//每个密钥序列初始化为全0，避免上一次转化保存到Bit数组给本次转化的影响。
j=7;
while（r!
=0）//十进制转化为二进制的普遍算法
{
Bit[j--]=r%2;
r=r/2;
}
for（j=1;j<=8;j++）//将本次转化得到的8位序列附给初始化密钥序列InitKey相应的位
InitKey[8*i+j]=Bit[j];
}
}
//---
voidLFSR（）
{
intp,q,temp;
p=0;
while（p<8）
{
temp=InitKey[31]^InitKey[6]^InitKey[4]^InitKey[2]^InitKey[1]^InitKey[0];
//抽头序列的异或值保存在temp
for（q=31;q>0;q--）//将InitKey的元素后移，空出第0个的空间
InitKey[q]=InitKey[q-1];
InitKey[0]=temp;//InitKey[0]保存抽头序列的异或值
LFSRKey[p]=InitKey[31];//这个就是每一次要求的LFSR序列，8个保存一次，便于加密
p++;
}
for（p=0;p<8;p++）
Bit[p]=Bit[p]^LFSRKey[p];//当前明文字符的位序列与当前得到的LFSR异或得到加密结果
Output16（）;//得到的8位0、1序列转化为16进制输出
}
//---
voidOutput16（）
{
inti,j,TextInt,OutInt[2];
TextInt=0;
OutInt[0]=0;
OutInt[1]=0;
for（i=0;i<8;i++）//先把二进制转化为十进制整数保存在TextInt中
TextInt=TextInt+Bit[i]*（int）pow（2,7-i）;
j=1;
while
（1）//十进制转化为十六进制（整数表示）
{
OutInt[j]=TextInt%16;
TextInt=TextInt/16;
j--;
if（j<0）
break;
}
for（i=0;i<2;i++）//字符表示
{
if（OutInt[i]>9）
Out[i]=OutInt[i]-10+'A';
else
Out[i]=OutInt[i]+'0';
}
}
//---
voidInfoToBit（intj）
{
intTextInt,i;
TextInt=Info[j];
i=0;
for（i=0;i<8;i++）
Bit[i]=0;
i=7;
while（TextInt!
=0）
{
Bit[i]=TextInt%2;
TextInt=TextInt/2;
i--;
}
}
实验三DES
实验学时：
4学时
实验类型：
验证
实验要求：
必修
一、实验目的
编程实现分组密码DES的加解密方法。
二、实验内容
分组密码DES。
三、实验原理、方法和手段
DES是对二元数字分组加密的分组密码算法，分组长度为64比特。
每64位明文加密成64位密文，没有数据压缩和扩展，密钥长度为56比特，若输入64比特，则第为奇偶检验位，所以，实际密钥只有56位。
DES算法完全公开，其保密性完全依赖密钥。
图3-1是DES全部16轮的加/解密结构图，其最上方的64比特输入分组数据，可能是明文，也可能是密文，视使用者要做加密或解密而定。
而加密与解密的不同处，仅在于最右边的16个子密钥的使用顺序不同，加密的子密钥顺序为，而解密的子密钥顺序正好相反，为。
DES算法首先对输入的64位明文X进行一次初始置换IP（见图3-2），以打乱原来的次序。
对置换侯的数据分成左右两半，左边记为，右边记为，对施行在子密钥控制下的变换，其结果记为,得到的32比特输出再与做逐位异或（XOR）运算，其结果成为下一轮的，则成为下一轮的。
对，施行和，同样的过程得,,如此循环16次，最后得,。
再对64位数字,施行初始置换的逆置换（见图3-2），既得密文Y。
运算过程可用公式（3.1）简洁地表示如下：
i=1,2,…16.（3.1）
注意，在16次加密后并未交换，，而直接将,作为的输入，这样做使得DES的解密和加密完全相同，在以上过程中只需输入密文并反序输入子密钥，最后获得的就是相应的明文。
以上是对DES加解密过程得描述。
我们把从到的变换过程称为一轮加密。
初始置换IP及其逆置换并没有密码学意义，因为X与IP（X）（或Y与（Y））的一一对应关系是已知的，如X德第58比特是IP（X）的第1比特，X的第50比特是IP（X）的第2比特等等。
他们的作用在于打乱原来输入X的ASC2码字划分的关系，并将原来明文的第位（校验位）变成IP的输出地一个字节。
函数是整个DES加密法中最重要的部分，而其中的重点又在S-盒（SubstitutionBoxes）上。
函数可记作，其中A为32位输入，J为48位输入，在第i轮，，为由初始密钥（亦称种子密钥）导出的第i轮子密钥，输出为32比特。
图3-1DES加/解密流程
IP
58，50，42，34，26，18，10，2，
60，52，44，36，28，20，12，4，
62，54，46，38，30，22，14，6，
64，56，48，40，32，24，16，8，
57，49，41，33，25，17，9，1，
59，51，43，35，27，19，11，3，
61，53，45，37，29，21，13，5，
63，55，47，39，31，23，15，7
26,
5,
图3-2初始置换IP及逆初始置换
的计算过程如下：
讲A经过一个选择扩展运算E（见图3-3）变为48位，记为E（A）。
计算，对B施行代换S，此代换由8个代换盒组成，就是前面说过的S-盒。
每个S-盒有6个输入，4个输出，将B依次分为8组，每组6位，记,其中Bj作为第j个S-盒的输入，的输出为，就是代换S的输出，所以代换S是一个48位输入，32位输出选择压缩运算，讲结果C再施行一个置换P（见图3-3），既得。
其中在第i轮为。
可用图3-3表示。
13,
16,17,
20,21,
24,25,
28,29,
32,1,
EP
图3-3扩展运算E与置换P
其中，扩展运算E与置换P主要作用是增加算法的扩散效果，具体运算如图3-4所示。
S-盒是DES算法中唯一的非线性部件，当然也就是整个算法的安全性所在。
它的设计原则与过程一直因为种种不为人知的因素所限，而未被公布出来。
有些人甚至还大胆猜测，是否设计者故意在S-盒的设计上留下了一些陷门（Trapdoor），以便他们能轻易地破解出别人的密文，当然以上的臆测是否属实，迄今仍无法得知，不过有一点可以确定，那就是S-盒的设计的确相当神秘。
图3-4f函数运算框图
每个S-盒是有6个输入，4个输出地变换，其变换规则为：
取{0,1，…..，15}上的4个置换，即它的4个排列排成4行，得以4*16矩阵。
若给定该S-盒的输入，其输出对应该矩阵第L行n列所对应的数的二进制表示。
这里L的二进制表示为,n的二级制表示为,这样，每个S-盒可用一个4*16矩阵或数来表示。
密钥方案的计算：
子密钥产生过程（图3-5）中的输入，为使用者所持有的64比特初始密钥。
在加密或解密时，使用者先将初始密钥输入至子密钥产生流程中即可。
首先经过密钥置换PC-1，讲初始密钥的8个奇偶校验位剔除掉，而留下真正的56比特初始密钥。
接着并分两路为两个28比特的分组及，再分别经过一个循环左移函数，得到与，连成56比特数据，再依据密钥置换PC-2做重排动作便可输出子密钥，而至的产生方法，以此类推。
其中需要注意的是：
置换PC-1的输入为64比特，输出为56比特；而密钥置换PC-2的输入和输出分别为56和48比特。
图3-5子密钥的产生过程
对每个i，，计算,，,其中表示一个或两个位置的左循环移位，当i=时，移一个位置，当i=时，移两个位置。
四、实验组织运行要求
本实验采用集中授课形式，每个同学独立完成上述实验要求。
五、实验条件
每人一台计算机独立完成实验，有如下条件：
（1）硬件：
微机；
（2）软件：
VC++6.0、VC++.Net2005。
六、实验步骤
（1）将各函数编写完成；
（2）在主函数中调用各函数，实现加密和解密。
七、实验报告
实验报告主要包括实验目的、实验内容、实验原理、源程序及结果。
#include
#include
voidmain（）
{
voidip（intora_bit[],intl[],intr[]）;//ip置换
voidswap（intkey[],intc[],intd[]）;//种密钥置换选择1
voidmove（inta[]）;//循环左移
voidmove1（inta[]）;//循环左移
voidswap1（intk[],intc[],intd[]）;//种密钥置换2
voidyihuo32（intl[],intf[]）;//feistel异或运算
voidyihuo48（inta[],intk[]）;
voids_box（inta[][6],intsbox[][4][16],intresult[32]）;//查询s盒
voidp_swap（intresult[]）;//f函数中的置换p
voidF（intr[],intk[],intresult[],intsbox[][4][16]）;//feistelF函数
voidfeistel（intl[],intr[],intk[],intsbox[][4][16]）;//feistel
voidip1（intfei_result[64],intip1[64]）;//ip逆置换
charora[8],ora_key[8];
intora_bit[64],key[64],k[48];
intl[32],r[32],c[28],d[28],fei_result[64],des[8];
inti,j,n;
intsbox[8][4][16]={1};
//s盒
printf（"请输入明文"）;
gets（ora）;//密码明文
for（i=0;
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