两种基本古典密码设计与实现

实验二两种基本古典密码设计与实现091234谢锦仪一、实验目的：该实验为验证性实验。通过本实验，使学生对于两种基本的古典密码编码方法（“代替”与“移位”）产生深刻的感性认识，体验清楚二者之间的本质差异，为理解和掌握现代密码的相应知识打下良好基础。二、实验内容：1．设计一个周期3的多表代换并予以实现，要求：第一个表有密钥字法产生（密钥字自拟），第二个表由洗牌法产生（注意，字母a〜z与数字0〜25—一对应，洗牌法即相当于实验一的方法1（n=25））,第三个表由公式法产生（数学公式自拟，注意它须是Z26上的一个一一变换）。2．设计一个周期5的16-置换移位密码并予以实现，要求：5个16-置换至少有一个是由实验一（n=15）提供的两个方法以为、自行设计的其它方法产生。三、实验要求：上述两个古典密码的编程实现，须能对下面一段明文进行正确加密（对代替密码，空格和标点符号保持不动；对移位密码，空格和标点符号也移位）：Qisasymmetricblockcipher.Itisdefinedforablocksizeof128bits.Itallowsarbitrarylengthpasswords.Thedesignisfairlyconservative.Itconsistsofasimplesubstitution-permutationnetwork.Inthispaperwepresentthecipher,itsdesigncriteriaandouranalysis.ThedesignisbasedonbothRjindaelandSerpent.Itusesan8-bits-boxfromRjindaelwiththelinearmixinglayersreplacedwithtwoSerpentstylebit-slices-boxesandalinearpermutation.ThecombinationofmethodseliminatesthehighlevelstructureinherentinRjindaelwhilehavingbetterspeedandavalanchecharacteristicsthanSerpent.SpeedisimprovedoverSerpent.Thisversion2.00containsbetteranalysis,editorialchanges,andanimprovedkeyschedulingalgorithm.Thenumberofrecommendedroundsisalsoincreased.抓图显示密文（附页），不能出现明显错误。四、实验步骤：1、实验思路对于代替密码，难点是大小写的转化和保持加密后大小写的不变。这里利用了专门的字符处理函数库ctype。用Tolower函数将大写转化为小写，然后转化为数字。这样才能容易的实现代替加密的过程。在密钥字算法的实现中，利用字符串处理函数的功能，在拼接比较后，录入到choicewords中，最后进入keytab，作为密钥的一部分。洗牌法我用的是实验一自己设计的方法，很简单就融入了这个程序之中。移位密码：由于老师要求用一种全新的产生全排列的方法，我于是想到了RSA公钥体制。这里面RSA算法是密码学三大算法之一（RSA、MD5、DES），是一种不对称密码算法。说如果满足条件：D是素数，N是两个素数(P,Q)之积，(D*E)mod((P-1)*(Q-l))=l，那么存在C与A(范围从2到N-1)——对应，且C=(AEXPD)modN°A是一个有顺序的数，C就是一个看似无规律的伪随机数。Mod运算表示求模，例如7Mod3=1。意思是7除以3余1。类似地8Mod3=2,9Mod3=0。EXP表示前面数的后面数次方，其中还有两个附加条件：1,P和Q不能一样。2,ev(P-1)(Q-1)且e与(P-1)(Q-1)的最大公因数为1。具体实现的时候，我把l随机安插进去，就成了一个随机全排列了。具体的代码见附录。而在利用时间种子产生随机数的函数中，为了避免重复，我在数组b录入元素后，令数组a对应的为0,然后再a不为0时录入b,十分简单。而将三种方法合并为密钥表的做法与代替的例子类似，这里就不说了。在最后输出的时候有一个与代替密码不一样的问题：虽然都是由几组密钥组成的keytab，但是黛米可以不分组变换，而移位的密钥表是16*5，不分组变换效果很差。所以在输出的时候利用i<16时，(i-1)/16为0这一性质，实现了分组变换输出。2、实验过程这些代码中很多都在做一个工作：去掉重复的元素，将无重复的存入数组进行后续处理。根据不同的情况，也使用不同的方法：先存入另一数组，比较后存入处理数组；或者存入一个初始值进处理数组，然后每录入一个就比较一次。这两种方法显然后一种是更好的，但有时确实又需要辅助数组，这就需要视具体情况而定。五、实验结果：1、代替密码”弋替密码进行加密:青输入密钥字：womendoushih：青输入待加密文本文件名:e.txt密文如下：Kireugpqcdjqggzgpjpjedbm.Ahosqxezsuumnfcchmpmefp£128£eee.Pddpqiaapakiaapaaafaaaaawqi'Hpuis.Jkggkqutgaryrgaopjmmtxixaxkdm.SiIffufpssqmypezpkedmemaqaaaiaa-aiaaaadaaafguuhqxl.Kugppqgjqtelypzjkgztivoxmplzn,siiwsufnrpzdpfpumfpeeafudpdaada.AfddfaaaaapnmthhppixgpGuudqluurozLdklqlp.Cnxfcmrn8-ziee-wisnsquZeekdfesazasaqsciaepaaaaaaaamydqttitplibggotxuezaUycujuhhtxmoamx-xthzki-lckipsenpurzdmeuuduaaqaeaa.Adi'eaaiaacaaggkhkizgucdjxtbxgluxcngjqxaozxfewfnxdzieisndfysfqprzQpppeipuapudprzafafrfaaaaajduunpisgitbzjtqpyprrxljlxhtrqpnzxiMnfmumu.UrpyyczipzqsceeeasmAzaaqaa.Afaaamaaaaf2.00ekltxdgi'baguqlqjglgwccjm,jjxslsuukomopkld,zmhkdxiqzpuffpiairzppai'ufukmiaaaaaa.Aaaai'festqbycbyxyljprrexmoz1aubctwchoncef11.Pressanykeytocontinue—2、移位密码

借输入随即数据采样文件名：pt.txt慣文如下：Qytapinnessicplrlrir-ci'ehbtidefinedsforoblIzfaskceIstbi2.18talloirarywti'ashIs.1'grssrdhi'peownTiideslignesflyaaei'iiarnsocuueositt.nsicsofpssiuleambspantmt-nutnotpeitiw.neoovkntIniset*pthpeapwrehintpsecetliep,entssigiderdaueunuriitiotnasisdlThey-essiioedginasbbon1RjtdaehiandttppeS.Ienusiossbbs-ns：8etsxjaomefindrHlthwainiwtlehemia_sngxyerilreplitedwathcwotievebseeetSlyet-sxicees-bo1saaparrnadneilmu.etiotThancombnatimiofnoetitdtsmtetlhanothehigleleuhsucttrnhnptLiieretn1Rjidaeniwhilnehautegbitenlasaaaaueadrdanatececrachhi'iceefSetsianhtentdSpei.isemppoeedoi'urSeupeuns.sosiTsinret2nn0cs.taiBoberesystetalnaiedlaorinichtagesj-npndpimaaouhnuuiculeitededgtgoi'Tahm.1iheembcrunuofreneosednunddrisacsoielreasnd-Pi'essanykeytocontinue六、实验体会：这次的实验由于有老师提供的参考代码，困难程度并不像代码的长度那般惊人。代替密码的ctype函数库是一个重点，我们开始都犹豫大写的明文加密后如何保持大写不变，另设一组变换时行不通的。如将大写字母与另外26个数字相对应，那么就要准备两张keytab,而且程序的复杂度会增加很多。但是利用了isupper函数后这个就简单了，至于公式法，密钥字法和洗牌法，有实验一的思考结果在，都是不难的。移位密码开始不知道怎么做，不过在上网查过