实验报告_密码学

1、信息安全实验报告 学 号：学生姓名： 班 级： 实验三 密码学实验一、古典密码算法实验一、 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。二、 编译环境运行 windows 或 linux 操作系统的 PC 机，具有 gcc（linux）、VC（windows）等 C语言编译环境。三、 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

2、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

3、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

4、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。四、 实验内容和步骤1、根据

5、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、 总结与思考记录程序调试过程中出现的问题，分析其原因并找出解决方法。记录最终实现的程序执行结果。思考采取什么样的手段来防范类似对网络的攻击。六、 实验结果 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 a100,b100=0; printf(p

6、lease input your ming wen：n); gets(a); printf(please input mi shi n); scanf(%d,&k); printf(n); do bi=(char)(ai+k); if(bi122) bi=(char)(bi-26); i+; while(ai!=0); puts(b); getch(); 实验结果为：再是解密：实现程序为：#include stdio.h#include conio.hmain()int k,i=0;char a100,b100;printf(please input mi wen: n);gets(a);pr

7、intf(please input mi shi: n);scanf(%d,&k);printf(n);dobi=(char)(ai-k);if(bi97)bi=(char)(bi+26);不知道三哪里的问题结果中的Y输不出来i+;while(ai!=0);puts(b);getch();结果为： 置换密码先是加密实现程序#include#define TRUE 1#define FALSE 0#define N 1000#define M 50int Glength(char *a) char *pt; int nlen=0; pt=a; while(*pt)!=0) nlen+; pt+;

8、 return nlen;void encrypt(char *a,int n,int *b) int i,j,k,t,x,y; char cMM,dMM; k=Glength(a); puts(a); t=k%n; if(t=0) x=k/n; else x=(k/n)+1; printf(%dn,x); for(i=0;ix;i+) for(j=0;j96)&(ai*n+j123) cij=ai*n+j; printf(%c,cij); else cij= ; printf(%c,cij); printf(n hehen); for(j=0;jn;j+) for(i=0;ix;i+) y=

9、bj; printf(encrypt %dt,y); diy=cij; printf(-%ct,diy); printf(n); for(i=0;ix;i+) for(j=0;j=1&change;-i) change=FALSE; for(j=0;jaj+1) nTemp=aj; aj=aj+1; aj+1=nTemp; change=TRUE; i=0; while(ci)!=0) for(k=0;kn;k+) if(ci)=ak) bx=k; printf(%dt,bx); i+; x+; printf(n); puts(a);int main() int k; char nArrN,a

10、N; int bN; 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;加密结果为：二、公钥加密算法RSA一、实验目的通过使用 RSA 算法对实验数据进行加密和解密，掌握公钥加密

11、算法的基本原理，熟练掌握 RSA 算法各功能模块的工作原理和具体运算过程。二、实验原理RSA 公钥加密算法是 1977 年由 Ron Rivest、Adi Shamirh 和 LenAdleman 在（美国麻省理工学院）开发的。RSA 取名来自开发他们三者的名字。RSA 是目前最有影响力的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击，已被 ISO 推荐为公钥数据加密标准。RSA 算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但那时想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。1. RSA 的密钥生成RSA 的算法涉及三个参数，n、e、d。其中，n 是两

12、个大质数 p、q 的积，n 的二进制表示时所占用的位数，就是所谓的密钥长度。鉴于现代对于大整数分解的水平不断增强，一般 P、Q 的取值都要求在 1024位以上。e 和 d 是一对相关的值，e 可以任意取，但要求 e 与(p-1)*(q-1)互质；再选择 d，要求：(e*d)mod(p-1)*(q-1)=1。、就是密钥对。一般将前者当作公钥，后者作为私钥使用。2. RSA 加密/解密过程RSA 加解密和解密的算法完全相同,设 A 为明文，B 为密文，则：A=Be mod n；B=Ad mod n；e 和 d 可以互换使用，即：A=Bd mod n；B=Ae mod n;三、实验环境运行 Wind

13、ows 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. 根据本讲义提供的 RSA 程序，分析 RSA 算法的实现过程：(1)、利用：void GenerateKey(RSA_Key& PublicKey,RSA_Key& PrivateKey,unsigned intiKeySize)函数根据实际需要生成符合要求长度的公钥和私钥，大致步骤如下：a) 随机生成两个指定长度的大素数 P，Q。b) 计算 N=P*Q，以及 N 的欧拉函数 (N)=(P-1)*(Q-1)。c) 随机生成一个与 (N)互素的大整数 E（

14、公钥）。d) 根据公式 ed1(mod(N),利用函数 multi_inverse(1, Big*, Big, Big*)计算出私钥 D。（2）、将某个大整数赋值给一个 Big 型变量 M（明文）。（3）、调用函数 powmod(.,.,.,.)对明文 M 加密得到密文 C。（4）、调用函数 powmod(.,.,.,.)对密文 C 解密得到明文 D。（5）、比较 M 与 D 是否一致，判断实验结果是否正确。（6）、调换公钥、私钥后重复以上步骤，验证 e、d 的可互换性，并思考为什么可以这样做。2. 使用实例分析取 p=11，q=13。首先计算：n=pq=1113=143(n)=(p-1)(q

15、-1)=(11-1) (13-1)=120然后选择 e=17，满足 gcd(e，(n)=gcd(17,120)=1,然后根据 ed1(mod(N)计算 d=113。则：公钥：、私钥：。设明文信息：m=24。对明文信息加密，得密文为：cme % N=2417%143=7密文 c 经过公开信道发送到接收方后，接收方用私钥 d 对密文进行解密：mcd % N=7113%143=24从而正确地恢复出明文。五、思考题1、阐明 RSA 密钥生成以及加密、解密流程(1)RSA密钥生成：1)找出p,q,r三个数，p,q互质，r与(p-1)(q-1)互质，p,q,r这三个数便是private key。 2)找出

16、m，使得mr=1 mod (p-1)(q-1) 3)计算n=pq，m，n这两个数便是public key(2)流程：用户A用B的公钥对key进行加密，B收到消息后用自己的私钥进行解密获取key。2. 使用提供的模块编写 RSA 加密程序对数据进行加密和解密，提交程序代码和执行结果。程序代码：#include time.h#include big.h#include #define BUFFERSIZE 4096static miracl* mip = mirsys ( BUFFERSIZE, 0 );struct RSA_Key/密钥结构体Big e;Big N;int main(void)v

17、oid GenerateKey(RSA_Key& PublicKey,RSA_Key& PrivateKey,unsigned int iKeySize);/密钥生成函数RSA_Key PublicKey;/公钥 RSA_Key PrivateKey;/私钥 Big M;/明文MBig C;/密文CBig D;/解密文Dunsigned int iKeySize;std:cout请输入加密密钥长度(单位比特)iKeySize;std:cout密钥生成中.std:endl;GenerateKey(PublicKey,PrivateKey,iKeySize/4);/产生iKeySize bit密钥

18、std:cout密钥生成完毕std:endl;std:cout请输入明文：std:hexM;powmod(M.getbig(), PublicKey.e.getbig(), PublicKey.N.getbig(), C.getbig();/调用加密函数计算：C=(Me)%N std:coutRSA加密密文：std:endl;std:coutstd:hexCstd:endl;powmod(C.getbig(), PrivateKey.e.getbig(), PrivateKey.N.getbig(), D.getbig();/解密与加密使用同一函数，只是密钥不同即：D=(Cd)%Nstd:cout解密：std:endl;std:coutstd:hexDIOBASE = 16;set_io_buffer_size( BUFFERSIZE);Big E,D,P,Q,N,Z;GeneratePrime(&P, iKeySize /4, 16);/生成强素数P