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1、计算机安全与密码学实验指导2012/11/6计算机与信息学院实验一、传统密码算法一、实验目的及任务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、实验环境运行Windows操作系统的PC机，具有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.替代密码替代密码算法
2、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——.1）下面我们先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)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
3、(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)modn=(8+4)mod26=12=L2）下面是一种典型的多表替代密码：维吉尼亚密码，它选择一个词组作为密钥，密钥中每个字母用来确定一个代换表，每个密钥字母用来加密一个明文字母。例如密钥字母为a，明文字母为c，则密文字母为0+2(mod26)=2，也就是c。直到所有的密钥字母用完，后再从头开始，使用第一个密钥字母加密。也就是说，密钥循环使用。例：明文为attackbegi
4、nsatfive，密钥为cipher，attackbeginsatfive明文＋cipherciphercipher密钥----------------------------------------------＝cbihgbdmvprjcbupzv密文去除空格后为cbihgbdmvprjcbupzv2.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
5、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,将明文按照每行6列的形式排在矩阵中,形成如下形式:attackbeginsatfive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:123456F=1453261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:aacttkbingesaivfte从而得到密文:abatgftetcnvaiikse其解密的过程是根据密
6、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：实验结果：1：L2：abatgftetcnvaiikse六、实验思考题1：替代密码的原理是什么？2：置换密码的原理是什么？实验二、DES加解密算法的实现
7、一、实验目的及任务：掌握DES加密算法的加解密过程。二、实验环境VC或TC编程环境；主机操作系统为Windows2000或WindowsXP；三、实验原理要深入理解对称加密算法，掌握DES加密过程。具备一定的C语言编程技能。DES(DataDES(DataEncryptionStandard)算法，于1977年得到美国政府的正式许可，是一种用56位密钥来加密64位数据的方法。DES算法以被应用于许多需要安全加密的场合。(一)、密钥生成1、变换密钥取得64位的密钥，每个第8位作为奇偶校验位。2、变换密钥。(1)、舍弃64
8、位密钥中的奇偶校验位，根据下表（PC-1）进行密钥变换得到56位的密钥，在变换中，奇偶校验位以被舍弃。(2)、将变换后的密钥分为两个部分，开始的28位称为C[0]，最后的28位称为D[0]。(3)生成16个子密钥，初始I=1。第i次迭代12345678910111213141516循环左移次数1122222212222221(i)
