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1、哈尔滨工程大学实验报告实验名 称：古典密码算法班级：学号：姓名：实验时间：2014年4月成绩：指导教师：实验室名称：哈尔滨工程大学实验室与资产管理处制Word文档一、实验名称古典密码算法二、实验目的通过编程实现经典的代替密码算法和置换密码，包括移位密码、维吉尼亚密码、 周期置换密码、列置换密码，加深对代替技术的了解，为现代分组密码实验奠定 基础。三、实验环境(实验所使用的器件、仪器设备名称及规格)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、实验任务及其要求(1) 根据实验原理部分对移位密码的介绍，自己
2、创建明文信息，并选择一个密钥，编写移位密码的实现程序，实现加密和解密操作。(2) 根据实验原理部分对维吉尼亚密码的介绍，自己创建明文信息，并选择一个密钥，编写维吉尼亚密码的实现程序，实现加密和解密操作。(3) 根据实验原理部分对周期置换密码的介绍，自己创建明文信息，并选择一个密钥，编写周期置换密码的实现程序，实现加密和解密操作。(4) 根据实验原理部分对列置换密码的介绍，自己创建明文信息，并选择一个密钥，编写列置换密码的实现程序，实现加密和解密操作。五、实验设计(包括原理图、真值表、分析及简化过程、卡诺图、源代码等)1 . 移位密码移位密码(Shift Cipher )是一种典型的单表替代密码
3、，也称为加法密码。移位密码的加密方法就是将明文中的每个字母用其在字母表后面的第k个字母替代，它的加密过程可以表示为：c = (m + k) mod n其中，m为明文字母在字母表中的位置数；n为字母表中的字母总数；k为密钥；c为密文字母在字母表中对应的位置数。相应的，移位密码的解密过程可以表示为： m = (c - k) mod n移位密码的一个典型代表就是凯撒密码(Ceaser Cipher)，它是k=3时的移位密码。使用英文字母表的撒密码的加(解)密可以表示为：m = (c + 3) mod 26 m =(c - 3) mod 26 ,例如， 明文：attacks at nine am 密钥
4、：3加密：将明文分组对每一个密文字母，依英文字母表，用其右的第3个字母代替密文: dwwdfnv dw qlqh dp另外，使用凯撒密码加密后的密文“dwwdfnvdwilyhsp ”，其明文为attacks at five _力pm 。2. 维吉尼亚密码维吉尼亚密码(Vigenere Cipher )是一种多表代替密码， 其本质是周期移位密码。 维吉尼亚密码的(用户)密钥为一含有 d个字母的有限字母序列 k = k0k1-kd-1 加密时，首先将用户密钥进行周期扩展(周期为d),扩展后的无限字母序列称为工作密钥，记为 K = K0K1-K其中K = K mod d , i=0,1,当d=1时
5、，维吉尼亚密码就是移位密码。对于含有 l个字母的明文，维吉尼亚 加密过程可以表示为：ci = (mi + K ) mod n其中，M = m0mmiml-1为明文，C = 1。cl-1为密文，K = K0K KK-1为工作钥，n为明文字母表的长度， l为明文长度(含有字母的数目)。例如，使用用户钥cat,对明文vigenere cipher ”进行维吉尼亚加密。此时，n=26 (对应英文字母表)，用户钥c=3、a=0、t=19，得到的密文为xizgnxtevkpagr 置换(Permutation )是古典密码中另一种基本的处理技巧，就是将明文中的字母重新排列，字母本身不变，只是改变其位置。置
6、换密码( Substitution Cipher ) 就是使用置换法进行加解密的密码算法，也称为换位密码。置换密码的密钥是一 个置换，它表示了明文字母在密文中出现的位置。例如，使用密钥 兀=(3421), 对明文ming ”进行加密，得到的密文为ngim ”。3. 周期置换密码周期置换密码是将明文字母按一定长度m进行分组，把每个分组中的字母按1,2, ,m的一个置换 兀重排位置次序来得到密文的一种加密方法。其中的密钥就 是置换兀，在兀的描述中包含了分组长度的信息。解密时，对密文字符按长度 m进行分组，并按 冗的逆置换冗-1把每组字符重排位置次序来得到明文。例如，明文： ming chen ji
7、u dian fa dong fan gong加密密钥：3421 (i=1,2,3,4 的一个置换 兀(i) =3,4,2,1 )加密：将明文分组(4个字母一组)，然后根据加密密钥给定的置换，对每个明 文分组进行置换ming chen jiud ianf adon gfan gongngim enhc udij nfai onda anfg ngog密文：ngimenhcudijnfaiondaanfgngog解密密钥：4312 (3412的逆置换)4. 列置换密码列置换密码也称为矩阵置换密码。其加解密方法如下：把明文字符以固定的宽度m(分组长度)水平地(按行)写在一张纸上，按1,2, ,m的
8、一个置换 兀交换列的位置 次序，再按垂直方向(即按列)读出即得密文。解密就是将密文按相同的宽度m垂直在写在纸上，按置换兀的逆置换兀-i交换列的位置次序，然后水平地读出得到明文。置换兀就是密钥。例如，明文： ming chen jiu dian fa dong fan gong密钥： yu lan hua加密：去掉密钥重复字母得yulanh，得到密钥字母顺序 653142得出距阵列数为6,将明文按行填充距阵按列(依顺序)写出距阵中的字母。密文： giffg hddn0 njngn cuaa0 inano meiog (其中 0 为无效字符)解密：加密的逆过程六、实验步骤通过实验分析，将各个古典密
9、码算法编写出来，然后编写一个主函数。调试，验 证加密解密正确性。#include#include#define CRYPT_OK 1#define CRYPT_ERROR 0#define MAXSIZE 100void ShiftCipher();void VigenereCipher();void CycleCipher();void ColCipher();void main()int op=0;while(1)printf(Which Cipher would you want ?:1.Shift 2.Vig 3.Cyc 4.Col:n);scanf(%d”,&op);fflush(s
10、tdin);switch(op)case 1:ShiftCipher();break;case 2:VigenereCipher();break;case 3:CycleCipher();break;case 4:ColCipher();break; 主函数/列置换置换密码int Colencrypt(char* plain,char* cipher,char* key);int Coldecrypt(char* plain,char* cipher,char* key);void ColCipherEncrypt();密调用void ColCipherDecrypt();密调用void Co
11、lCipher();块调用int fix(char* m,int T);void ColCipher()int op=0;while(1)fflush(stdin);printf(_This_is_Coloum_Cipher_Process printf(1 for encrypt , 2 for decrypt :); scanf(%d,&op);getchar();switch(op)/列置换置换密码加密算法/列置换置换密码解密算法/列置换置换密码加/列置换置换密码解/列置换置换密码模字符串补齐修正.n);case 1:ColCipherEncrypt();break;case 2:Col
12、CipherDecrypt();break; default:printf(Error Inputn); /列置换置换密码模块调用void ColCipherEncrypt()char pMAXSIZE,cMAXSIZE,kMAXSIZE;/定义变量printf(Please Input the Plaintext:n);gets(p);fflush(stdin);printf(Please Input the ColKey :(连续整数序列置换)n”); gets(k);/获取明文&密钥fix(p,strlen(k);/补齐空格Colencrypt(p,c,k);调用加密函数printf(C
13、hipertext:n%s,c);getchar();/列置换置换密码加密调用void ColCipherDecrypt()char pMAXSIZE,cMAXSIZE,kMAXSIZE,flag,abc27;int i,temp;/定义变量printf(Please Input the Ciphertext:n);gets(c);printf(Do You Know the Key? y/n:);fflush(stdin);scanf(%c,&flag);getchar();switch(flag)(case y: /若知道密钥则直接经行解密(printf(Please Input the
14、ColKey : n); gets(k);/获取密钥fix(c,strlen(k);Coldecrypt(p,c,k);调用函数printf(Plaintext:n%sn”,p);break;case n: /不知道密钥则对文本进行字母统计分析(printf(Then I cant help you!n);break;default:printf(ERRORn);/列置换置换密码解密调用int Colencrypt(char* plain,char* cipher,char* key)int i,r,T,n,j;char tempMAXSIZE;i=0;T=strlen(key);while(plaini!=0)r=i%T;cipheri=plaini-r+(keyr-0)-1;i+;cipheri=0;n=strlen(cipher)/strlen(key);for(i=0;iT;i+)(for(j=0;jn;j+)(tempi=cipherT*j+i%T;tempstrlen(cipher)=
