2023年实验报告密码学

信息安全实验报告学号：。学生姓名：班级:力实验三密码学实验a[i*n+j]=d[i][j];)a[x*n+j+1]=,\0‘；puts(a);)voidbubble_sort(char*aJntn,int*b)(intijnTemp,k,x；charchange;charc[N];x=0;strepy(c,a);for(i=n-l,change=TRUE;i>=l&&change;--i)(change=FALSE；for(j=O;j<i；++j){if(a[j]>a[j+1]){nTemp=a[j];a[j]=aU+l]；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"^[x])；))i++；x++;)printf(M\n");Puts(a);}intmain()(intk;charnArr[N]/a[N];intb[N];clrscr();printf("Pleaseinputkey：\n")；gets(nArr);k=Glength(nArr);printff'PleaseinputMword:\n")；gets(a)；printf("Thedataitemsinascendingorder:\n");bubbIe_sort(&nArr,k,&b);puts(nArr);encrypt(&a,k,&b);puts(a);printf("\n")；return0;}加密结果为:Pleaseinputkey:cipherPleaseinputMword:attackbeginsatfiveThedataitemsinascendingorder:034215cehiprcehiprattack4attackhelloencryptbeginsalbeginsat0:five:five——aencrypt0encrypt0——sencrypt0-iencrypt3—tencrypt3一bencrypt3—encrypt3-uencrypt4—Iencrypt4-eencrypt4一aencrypt4--eencrypt2一aencrypt2-gencrypt2—tencrypt2—encrypt1——cencrypt1--iencrypt1—encrypt1—encrypt5acattkacattk5—kencrypt5——nencrypt5—fencryptigbenstigbenstafiueafiveA.二、公钥加密算法一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，掌握公钥加密算法的基本原理，纯熟掌握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RonRivest、AdiShamirh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，它可以抵抗到FI前为止已知的所有密码袭击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。RSA算法基于一个十分简朴的数论事实: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。RSA的密钥生成RSA的算法涉及三个参数，n、e、d。其中，n是两个大质数p、q的积，n的二进制表达时所占用的位数，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的取值都规定在1024位以上。e和d是一对相关的值，e可以任意取,但规定e与(p-1)*(q-1)互质；再选择d,规定：(e*d)mod((p-1)*(q—1))=1。Vn,e＞、＜n,d＞就是密钥对。一般将前者当作公钥，后者作为私钥使用。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=B*emodn；B=A-dmodn;e和d可以互换使用，即：A=B八dmodn；B=A'emodn；三、实验环境运营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、实验内容和环节1.根据本讲义提供的RSA程序，分析RSA算法的实现过程：(1)、运用：voidGenerateKey(RSA_Key&Pub1icKey,RSA_Key&PrivateKey,unsignedintiKoySizc)函数根据实际需要生成符合规定长度的公钥和私钥，大体环节如下：a)随机生成两个指定长度的大素数P,Qob)计算N=P*Q,以及N的欧拉函数4)(N)=(P-1)*(Q-1)Oc)随机生成一个与6(N)互素的大整数E(公钥)。d)根据公式ed三1(mod中(N)),运用函数multi_inverse(1,Big*,Big,Big*)计算出私钥Do(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Co(4)、调用函数powmod(..,)对密文C解密得到明文Do(5)、比较M与D是否一致，判断实验结果是否对的。(6)、调换公钥、私钥后反复以上环节，验证c、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11,q=13。一方面计算：n=pq=HX13=1434)(n)=(p-1)(q-l)=(l1-1)X(13-1)=120然后选择。=17,满足gcd(e,<t>(n))=gcd(17,120)=1,然后根据ed三1(mod小(N))计算d=113o则：公钥:<17,143>、私钥:<113,143>o设明文信息：m=24o对明文信息加密，得密文为：c三rrTe%N=24"17%143=7密文c通过公开信道发送到接受方后,接受方用私钥d对密文进行解密：m=c-d%N=7A113%143=24从而对的地恢复出明文。五、思考题1、阐明RSA密钥生成以及加密、解密流程(l)RSA密钥生成：1)找出p,q,r三个数，p,q互质，r与(pT)(q-1)互质，p,q,r这三个数便是privatekey。o2)找出m,使得mr==lmod(p~l)(q—1)-3)计算n=pq,m,n这两个数便是pub1ickey(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"inc1ude"big.h"inelude<iostream>defineBUFFERSIZE4096staticmiracl*mip=mirsys(BUFFERSIZE,0);structRSA_Key//密钥结构体Bige;BigN;};intmain(void)(，voidGenerateKey(RSA_Key&PublicKey,RSA_Key&PrivaleKey,unsignedintiKeySize)；//密钥生成函数。RSA_KeyPublicKey：〃公钥<e,N>RSA_KeyPrivateKey;〃私钥<d,N>。BigM;//明文VBig<3;//密文©BigD;〃解密文DunsignedintiKeySize：std::coutV<"请输入加密密钥长度(单位比特)“<<std:：cndl;ostd::cin»iKeySize;•std::cout<<"密钥生成中"V<std::endl；GenerateKey(PublicKey,PrivateKey,iKeySize/4)；〃产生iKeySizebit密钥♦std：:coutV<”密钥生成完毕“<<std：:end1；。std::cou"请输入明文：”〈Vstd::end1;std:：cin>>std：：hex»M：powmod(M.getbigO,PublicKey.e.getbigO,PublicKey.N.getbig(),C.getbig());//调用加密函数计算:C=(\「e)%Nostd：:cout<<"RSA加密密文:"V<std::endl；0std：:cout«std：:hex<<C<<std::endl;。powmod(C.getbig0,PrivateKey.e.getbig()»PrivateKey.N.getbigO,D.getbig());//解密与加密使用同一函数，只是密钥不同即:D=(C'd)%Nstd::cout<V"解密："<<std::end1：std::cout«std：:hex<<D<<std：:endl：〃若D与M相同,可认为对的»systcm("Pause");。return0;)voidGencrateKey(RSA_Kcy&PublicKcy,RSAKey&PrivateKey,unsignedintiKcySize)(voidGcncratcPrime(Big*bigGcnPrime,intiLength,intiBasc);unsignedintInitRandom()：unsignedintRAND_SEED=InitRandom();irand(RAND_SEED)：mip->IOBASE=16;set_io_buffer_size(BUFFERSIZE);-BigE,D,P,Q,N,Z;oGeneratePrime(&P,iKeySizc/4,16)：//生成强素数P，GeneratePrime(&Q,iKeySize/4,16)：〃生成强素数Q。N=P*Q;〃计算NoZ=(P-1)*(Q7);〃计算N的欧拉函数odo(*GeneratePrime(&D,iKeySize/4,16);}whi1e(Z%D==0)"/反复生成素数，直到该素数与Z互素，得到密钥DmuIti_inverse(l,&D,Z,&E)；«»//根据公式edmodz=1计算EPub1icKey.e=E;oPublicKey.N=N;。PrivateKey.e=D;，PrivaleKey.N=N;，return;)voidGeneratePrime(Big*bigGenPrime,intiLength,intiBase)(*bigGenPrime=4;。//任取非素数oset_io_buffer_size(50000);。whi1e(!isprime(bigGenPrime->getbig()))//若非素数则：bigdig(iLength,iBase,bigGenPrime->getbigO);//重新生成。return：)unsignedintInitRandom()//随机数生成函数(_timc64_tlong_time:srand((unsigned)time(&long_time));unsignedintRAND_SEED=rand0:returnRANDSEED;)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，为进一步学习密码学奠定基础。二、编译环境运营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，大都比较简朴，使用手工和机械操作来实现加密和解密。它的重要应用对象是文字信息，运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。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做相应替换后形成密文。替代密码涉及多种类型，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(caesa「)密码,乂叫循环移位密码。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达为下面的函数：E(m)=(m+k)modn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相应的位置数。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)modn=(8+4)mod26=12=L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attackbeginsatfive,密钥为cipher,将明attack文按照每行6文按照每行6列的形式排在矩阵中，形成如下形式: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:123456145326根据上面的置换,将原有矩阵中的字母按照第1歹IJ,第4歹力第5歹力第3列，第2歹山第6列的顺序排列，则有下面形式：aacttkbingesaIvfte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、实验内容和环节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、总结与思考记录程序调试过程中出现的问题，分析其因素并找出解决方法。记录最终实现的程序执行结果。思考采用什么样的手段来防范类似对网络的袭击。六、实验结果替换密码的加密解密先是加密实现程序为：#inelude"stdio.h"#inelude"conio.h"main()(intkJ=O;chara[100],b[100]={0};；printf(np1easeinputyourmingwen：\n");gets(a);printf("p1easeinputmishi\n")；seanf("%d*'z&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();}实验结果为::产"\奎一学实险\Debuf'k".e«e"pleaseinputyourningwen：Mbcdxyzxpleaseinputnishifghicdecbd再是解密：实现程序为:#inelude"stdio.h"#include"conio.h"main()intk,i=O;chara[100],b[100]；printf("pleaseinputmiwen:\n");gets(a)；printff'pleaseinputmishi：\n");scanf("%d",&k);printf("\n");do{b[i]=(char)(a[i]-k);if(b[i]<97){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]!=/\O');puts(b);getch();P结果为:cl"D:\密码学实验\Debug\key.exe”pleaseinputniwen：fghicd