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 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 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 { 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 { 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 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 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 { 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? yn? \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=r2; } 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=TextInt16; 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=TextInt2; 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 { 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;i<8;i++)将明文从字母转换成2进制 { n=ora[i]; for(j=0;j<8;j++) { if(n%2==0) { ora_bit[i*8+j]=0; } else { ora_bit[i*8+j]=1; } n=n2; } } ip(ora_bit,l,r);对转换成2进制的明文进行ip置换------所有返回值无问题 printf("请输入8位字母种密钥"); gets(ora_key);手动输入种密钥 for(i=0;i<8;i++)将种密钥从字母转换为2进制 { n=ora_key[i]; for(j=0;j<8;j++) { if(n%2==0) { key[i*8+j]=0; } else { key[i*8+j]=1; } n=n2; } } swap(key,c,d);种密钥置换1 for(i=0;i<16;i++) { if(i==0||i==1||i==8||i==15) { move(c);循环左移 move(d);循环左移 } else { move1(c); move1(d); } swap1(k,c,d);置换2--得到k feistel(l,r,k,sbox);feistel运算 } for(i=0;i<32;i++) { fei_result[i]=l[i]; fei_result[32+i]=r[i]; }汇合feistel输出的l-16和r-16 ip1(fei_result,des);进行ip逆置换 for(i=0;i<8;i++) { printf("%5c",des[i]); } printf("\n"); } voidip(intora_bit[],intl[],i
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