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

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 3 列，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。

四．实验内容和步骤

1． 根据实验原理部分对替代密码算法的介绍，自己创建明文信息，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． 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。

五．实验报告要求

要求上述密码算法最后的实现程序提供加密和解密两个接口：int encrypt ( )和 int decrypt ( )，当加密或者解密成功时返回 CRYPT_OK，失败时返回 CRYPT_ERROR。

六、实验结果

（1） 替换密码的加密解密

先是加密

实现程序为:

#include "stdio.h"

#include "conio.h"

main()

{

int k,i=0;

char a[100],b[100];

printf("please input your ming wen：\n");

gets(a);

printf("please input mi shi \n");

scanf("%d",&k);

printf("\n");

do{

b[i]=(char)(a[i]+k);

if(b[i]>122){

b[i]=(char)(b[i]-26);

}

i++;

}while(a[i]!='\0');

puts(b);

getch();

}

输入明文a：amy is good

输入密匙：k=3

密文c=a+k

实验结果为：

再是解密：

实现程序为：

#include "stdio.h"

#include "conio.h"

main()

{

int k,i=0;

char a[100],b[100];

printf("please input mi wen: \n");

gets(a);

printf("please input mi shi: \n");

scanf("%d",&k); printf("\n"); do{ b[i]=(char)(a[i]-k); if(b[i]<0){

b[i]=(char)(b[i]+26);不知道三哪里的问题结果中的Y输不出来 }

i++;

}while(a[i]!='\0');

puts(b);

getch(); }

结果为：

（2） 置换密码

先是加密

实现程序

#include<stdio.h>

#define TRUE 1

#define FALSE 0

#define N 1000

#define M 50

int Glength(char *a)

{

char *pt;

int nlen=0;

pt=a;

while((*pt)!='\0')

{

nlen++;

pt++;

}

return nlen;

}

void encrypt(char *a,int n,int *b)

{

int i,j,k,t,x,y;

char c[M][M],d[M][M];

k=Glength(a);

puts(a);

t=k%n;

if(t==0)

{

x=k/n;

}

else

{

x=(k/n)+1;

}

printf("%d\n",x);

for(i=0;i<x;i++)

{

for(j=0;j<n;j++)

{

if(((a[i*n+j])>96)&&(a[i*n+j]<123)) {

c[i][j]=a[i*n+j];

printf("%c",c[i][j]);

}

else

{

c[i][j]=' ';

printf("%c",c[i][j]);

}

}

}

printf("\n hehe\n");

for(j=0;j<n;j++)

{

for(i=0;i<x;i++)

{

y=b[j];

printf("encrypt %d\t",y); d[i][y]=c[i][j];

printf("--%c\t",d[i][y]);

}

}

printf("\n");

for(i=0;i<x;i++)

{

for(j=0;j<n;j++)

{

a[i*n+j]=d[i][j];

}

}

a[x*n+j+1]='\0';

puts(a);

}

void bubble_sort(char *a,int n,int *b)

{

int i,j,nTemp,k,x;

char change;

char c[N];

x=0;

strcpy(c,a);

for(i=n-1,change=TRUE;i>=1&&change;--i) {

change=FALSE;

for(j=0;j<i;++j)

{

if(a[j]>a[j+1])

{

nTemp=a[j];

a[j]=a[j+1];

a[j+1]=nTemp;

change=TRUE;

}

}

}

i=0;

while((c[i])!='\0')

{

for(k=0;k<n;k++)

{

if((c[i])==a[k])

{

b[x]=k;

printf("%d\t",b[x]);

}

}

i++;

x++;

}

printf("\n");

puts(a);

}

int main()

{

int k;

char nArr[N],a[N];

int b[N];

clrscr();

printf("Please input key:\n");

gets(nArr);

k=Glength(nArr);

printf("Please input M word:\n");

gets(a);

printf("The data items in ascending order:\n"); bubble_sort(&nArr,k,&b);

puts(nArr);

encrypt(&a,k,&b);

puts(a);

printf("\n");

return 0;

}

输入明文：attack begins at five 输入密钥：cipher

排序为：0 3 4 2 1 5

加密结果为：

解密不知道怎么弄，不好意思啦！

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3mg4.html