古典密码学实验试卷.doc

甘肃政法学院 本科生实验报告 （三） 姓名:鱼鹏程 学院:公安技术学院 专业:信息安全 班级:2013级信息安全班 实验课程名称:信息安全概论 实验日期: 2016年4月 指导教师及职称:何长鹏 实验成绩: 开课时间： 2015-2016学年 第二学期 甘肃政法学院实验管理中心印制 古典密码实验 【实验内容】 通过运算器工具实现移位密码、乘法密码、仿射密码、Playfair密码和维吉尼亚密码等算法的加解密 对各个算法的加解密进行扩展实验和算法跟踪 【实验原理】 代换密码体制的一般定义为M=C=K=Z26，其中M为明文空间、C为密文空间、K为密钥空间、Z26为26个整数(对应26个英文字母)组成的空间；要求26个字母与模26的剩余类集合{0,1,2,…,25}建立一一对应的关系。 移位密码 移位密码的加密实现上就是将26个英文字母向后循环移动k位，其加解密可分别表示为： c=Ek(m)=m+k(mod 26) m=Dk(c)=c-k(mod 26) 其中，m、c、k是满足0≤m,c,k≤25的整数。 乘法密码 乘法密码是通过对字母等间隔抽取以获得密文，其加解密可分别表示如下： c=mk(mod 26) m=ck-1(mod26) 其中，m、c、k是满足0≤m,c,k≤25，且gcd(k,26)=1的整数。 仿射密码 仿射密码的加密是一个线性变换，将移位密码和乘法密码相结合，其加解密可分别表示为： c=Ea,b(m)=am+b(mod 26) m=Da,b(m)=a-1(c-b)(mod 26) 其中：a、b是密钥，是满足0≤a,b≤25和gcd(a,26)=1的整数，即a和26互素；a-1表示a的逆元，即a-1?a≡1 mod 26。 Playfair密码 Playfair是一个人工对称加密技术，由Charles Wheatstone在1854年发明，得名于其推广者Lord Playfair。Playfair密码是一种著名的双字母单表替代密码，实际上Playfair密码属于一种多字母替代密码，它将明文中的双字母作为一个单元对待，并将这些单元转换为密文字母组合。Playfair密码基于一个5×5的字母矩阵，该矩阵通过使用一个英文短语或单词串即密钥来构造，去掉密钥中重复的字母得到一个无重复字母的字符串，然后再将字母表中剩下的字母依次从左到右、从上往下填入矩阵中。 例如，若密钥为“playfair is a digram cipher”，去除重复字母后，得到有效密钥“playfirsdgmche”，可得字母矩阵如图1.1.11所示。 图1.1.11 注意：字母I，J占同一个位置。 设明文字母对为(P1，P2)，Playfair密码的加密算法如下： 若P1、P2在同一行，密文C1、C2分别是紧靠P1、P2右端的字母，其中第一列被看作是最后一列的右方(解密时反向)； 若P1、P2在同一列，密文C1、C2分别是紧靠P1、P2下方的字母，其中第一行被看作是最后一行的下方(解密时反向)； 若P1、P2不在同一行，也不在同一列，则C1、C2是由P1、P2确定的矩形其它两角的字母，且C1和P1在同一行，C2和P2在同一行(解密时处理方法相同)； 若P1＝P2，则两个字母间插入一个预先约定的字母，如q，并用前述方法处理；如balloon，则以ba lq lo on 来加密； 若明文字母数为奇数，则在明文尾填充约定字母。 维吉尼亚密码 Vigenenre密码是最著名的多表代换密码，是16世纪法国著名密码学家Blaise de Vigenenre发明的。Vigenenre密码使用一个词组作为密钥，密钥中每一个字母用来确定一个代换表，每一个密钥字母被用来加密一个明文字母，第一个密钥字母加密第一个明文字母，第二个密钥字母加密第二个明文字母，等所有密钥字母使用完后，密钥再次循环使用，于是加解密前需先将明密文按照密钥长度进行分组。密码算法可表示如下： 设密钥K=(k1,k2,…,kd)，明文M=(m1,m2,…,mn)，密文C=(c1,c2,…,cn)； 加密变换为：ci=Eki(mi)=mi+ki(mod 26) 解密变换为：mi=Dki(ci)=ci-ki(mod 26) 通常通过查询维吉尼亚表进行加解密。 【实验环境】 ISES客户端 Microsoft CLR Debugger 2005或其它调试器 【实验步骤】 此处以移位密码为例说明，乘法密码、仿射密码、Playfair密码和维吉尼亚密码可参照完成。 加解密计算 加密 参照实验原理，在明文栏输入所要加密的明文，在密钥栏输入相应的密钥，如下图所示。 图1.1.12 点击“加密”按钮，在密文文本框内就会出现加密后的密文，如图1.1.1