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1、华北科技学院课程设计目录论文摘要2设计任务及要求31、设计任务32、设计要求3第一章 凯撒密码4一、凯撒密码的原理4二、凯撒密码的改进及评价4三、凯撒密码的流程图及程序6第二章 仿射密码8一、仿射密码的原理8二、仿射密码的流程图及程序9第三章 栅栏置换密码技术14一、栅栏置换密码技术的原理14二、栅栏置换密码技术的流程图及程序15心得体会20参考文献21论文摘要密码技术已被广泛应用到了信息技术的许多领域，是实现信息系统的关键技术之一，在保障网络信息安全的应用中具有重要地位。密码技术的研究内容除传统的信息机密性保护技术外，还包括数字签名、报文和身份鉴别、密钥管理、安全协议等与信息安全密切相关的重
2、要内容。密码学是信息安全、通信工程、计算机科学、信息管理、电子商务等学科的专业基础课程及重要的教学内容。保护数据的方法属于密码学范畴。密码学是结合数学、计算机科学、电子与通信等诸多科学于一身的交叉学科。它以研究数学保密为目的，对存储或者传输的信息采取秘密的交换以防止第三者对信息的窃取。密码学包括两个领域：密码编码学和密码分析学。密码系统按将明文转换为密文的操作类型分为：替代密码和置换密码。替代是古典密码中用到的最基本的处理技巧之一，它在现代密码学中也得到广泛的应用。所谓替代就是将明文中的一个字母由其他字母、数字或符号替代的一种方法。置换密码又称为换位密码，这种密码通过改变明文消息个元素的相对位
3、置，但明文消息元素本身的取值或内容形式不变，而替代密码中，可以认为是保持明文的符号顺序，但是将它们用其他符号代替。本论文将介绍了两种替代密码：凯撒密码和仿射密码，一种置换密码：栅栏置换密码技术。设计任务及要求1、设计任务 设计能够利用古典密码算法进行加/解密的C语言程序2、设计要求 （1）复习密码学中有关古典密码体制的相关知识 （2）利用C语言设计可执行程序 （3）在设计过程中，要求设计至少两种的古典密码算法，并且必须包括仿射密码的C语言实现 （4）设计报告中应包括设计原理、程序设计详细说明书以及调试结果第一章 凯撒密码一、凯撒密码的原理最早最经典的替换法就是凯撒加密法，消息中每个字母换成它后
4、面3个字母的字母，即密钥=3，并进行循环替换，即最后的3个字母反过来用最前面的字母，基本替换对照表见表1-1例如，明文ATTACK AT FIVE变成密文 DWWDFN DW DILYH表1-1 凯撒加密对照表明文ABCDEFGHIJKLM密文DEFGHIJKLMNOP明文NOPQRSTUVWXYZ密文QRSTUVWXYZABC对加密后的密文进行解密时则用的逆置换进行替代。凯撒密码的算法评价：很容易破解，数字3就是密钥。二、凯撒密码的改进及评价算法改进1:在凯撒加密法中，密文字母与明文字母不一定相隔3个字母，而是可以相隔多个字母，会更复杂一些，也就更难破译。英语有26个字母，字母A可以换成字母
5、表中的 其他字母（B-Z）。因此替换相隔在1-25之间，共有25中替换的可能性。算法改进1的评价：该算法的密钥虽然不是固定的数字3，而是1-25之间变换的数字，但在各种变换是有限的，一种针对有限可能性加密的攻击方法是强力攻击法，它实际上是采用的穷举法，即通过所有置换与组合攻击密文消息。用强力攻击方法可以破解上述改进的凯撒加密法，密码分析者只要知道下面3点就可以采用强力攻击的方法破解改进的凯撒加密法。（1）密文是用替换技术从明文得到的。（2）只有25中可能性。（3）明文的语言是英语。算法改进2：在凯撒加密法中，假设某个明文消息的所有字母不是采用相同间隔的替换模式，而是采用随机替换，每个A可以换成
6、B-Z的任意字母，B也可以换成A或C-Z得任意字母注意：不要重复替换，例如：A既对应C有对应H，因为这样解密无法进行。改进算法2的评价：数学上，现在可以使用26个字母的任何置换与组合，从而得到252423222=25！种可能的替换方法，这么多的组合，即使利用最先进的计算机也需要许多年才能破解，这样就解决了强力攻击。但这种一对一的替换方法有一个很大的弊端，从前面的把明文ATTACK AT FIVE加密成密文DWWDFN DW DILYH的例子可以看出，明文中得字母频率统计规律与密文中的统计规律一致，如在明文中A和T个出现3次，在明文中对应得D和W也个出现3次，这种规律给密码分析者破解密码带来了可
7、乘之机，这种攻击方法叫做字母频率统计法，密码分析者可以根据以往文章中字词出现的频率来进行破解，因此这种改进的加密方法可以用英文字母的频率来破解，此方法对拥有大量密文更有效，因为这样统计的数据更容易得出真实结果，事先大量统计的规律可以事先完成，目前对英文字母频率出现的规律统计为：e出现的概率最大，其次是T、R等，J、K出现的概率最小。除了单字母的频率统计外，密码分析员还寻找多字母th、to、the等常见的重复模式进行破译。例如，密码分析员可以密文中寻找3个字母出现最多的模式，试着将其换成the。三、凯撒密码的流程图及程序凯撒密码的加密流程图如图1-1图1-1 凯撒加密流程图凯撒密码的加解密C语言
8、程序：#include void main() char s100; int i; printf(请输入明文: ); gets(s); for(i=0;si!=0;i+) if(si=a)&(si=A)&(si=d)&(si=D)&(si=Z) si=si-3; else si=si+23; printf(请输出明文: ); puts(s); 运行结果如下：图1-2第二章 仿射密码一、仿射密码的原理仿射密码是一种单表替代密码，是一种线性变换，仿射密码的明文空间和密文空间与凯撒密码相同，但密钥空间为K=|，,gcd(,26)=1,对任意的m,cC,k=(，)K,定义加密变换为c=m+相应解密变换
9、为：m=其中，=1mod26。例：设明文消息为china，密钥k=，试用仿射密码对其进行加密，然后在进行解密。解：利用扩展的欧几里得算法可计算出=3。加密变换为：=m+=9m+解密变换为：=3明文消息对应的数字依次为2,7,8,13,0，用仿射密码对明文进行加密如下：=9+mod26=c密文消息为：unwpc。解密过程如下：=3-mod26=m即恢复明文消息为china。仿射密码要求gcd(,26)=1，即与26互素，否则就会有多个明文字母对应一个密文字母的情况。由于与26互素的整数有12个：1，3,5,7，9,11,15,17,19,21,23,25，因此仿射密码的密钥空间大小为|K|=12
10、26=312。二、仿射密码的流程图及程序对仿射密码的加密流程图如图2-1：其中p、q为密钥。图2-1 仿射密码流程图仿射密码的加解密C语言程序：#include#includevoid c(char str1);void m(char str2);int gcd(int a, int b);int Ni(int a, int b);void main() int choice; char str1100,str2100; while(true) printf(请选择：加密（1），解密（2），退出（0）n); scanf(%d,&choice); if(choice=1) printf(请输入要
11、加密的数据：n); scanf(%s,str1); c(str1); else if(choice=2) printf(请输入要解密的数据：n); scanf(%s,str2); m(str2); else break; void c(char str1) /加密 int p,q,i=0; printf(请输入加密密钥p（与26互素）,q：); scanf(%d%d,&p,&q); while(str1i!=0) str1i=(p*(str1i-97)+q)%26+97; i+; printf(加密后的数据为：); puts(str1);void m(char str2) /解密 int p,
12、q,i=0,r; printf(请输入解密密钥p（与26互素）,q：); scanf(%d%d,&p,&q);r=Ni(p,26); while(str2i!=0) str2i=r*(str2i-97-q)%26+97; i+; printf(解密后的数据为：); puts(str2);int gcd(int a, int b) /*辗转相除法求a,b最大公因数*/ int k = 0; do k = a%b; a = b; b = k; while(k!=0); return a; int Ni(int a, int b) /*求a相对于b的逆*/ int i = 0; while(a*(+i)%b!=1); return i; 运行结果：图2-2第三章 栅栏置换密码技术一、栅栏置换密码技术的原理栅栏置换加密技术属于置换密码。栅栏加密过程是把要加密的消息按照锯齿状一上一下地写出来。因为加密过程的几何形状类似于栅栏的上半部分，因此称为栅栏加密。明文消息ATTACK AT FIVE 的加密过程要把被加密的消息按照锯齿状一上一下地写出来:A T C A F V T A K T I E然后一行一行地产生密文，得到ATCAFVTAKTIE解密过程
