实验五 古典密码算法 实验五 古典密码算法

实验五 古典密码算法 一、实验名称 古典密码算法 班级：物联191 姓名： 焦海洋 学号：1908070108 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 ### 古典密码算法实验详解 #### 一、实验背景与目标 本次实验的主要目的是让学生通过实际编程操作，深入理解并掌握古典密码学中的几种重要密码算法，包括移位密码、维吉尼亚密码、周期置换密码以及列置换密码。通过这些古典密码算法的学习，学生不仅能了解密码学的基本原理和技术，还能为后续学习现代分组密码打下坚实的基础。 #### 二、实验环境设置 本实验要求在具备以下条件的环境下进行： - **操作系统**：支持Windows或Linux操作系统； - **开发工具**：需要安装C语言编译器，如Linux下的`gcc`或Windows下的`Visual C++`等。 #### 三、实验内容与要求 实验包含四个主要任务： 1. **移位密码的实现** - **实验原理**：移位密码是一种简单的单表替换密码，它通过将明文中的每个字母向后移动固定数量的位置来进行加密。例如，凯撒密码就是一种移位密码，密钥为3时，即每个字母向后移动三个位置。 - **加密过程**：设明文字母在字母表中的位置为\(m\)，密钥为\(k\)，字母表中字母总数为\(n\)，则加密公式为\(c = (m + k) \mod n\)。 - **解密过程**：解密公式为\(m = (c - k) \mod n\)。 - **示例**：明文为"attacks at nine am"，密钥为3，则加密后的密文为"dwwdfnv dw qlqh dp"。 2. **维吉尼亚密码的实现** - **实验原理**：维吉尼亚密码是一种多表替换密码，其加密过程基于用户密钥的周期性扩展。用户密钥通常是一个字母序列，如"k0k1…kd-1"。 - **加密过程**：将用户密钥扩展为工作密钥，然后使用工作密钥对明文进行加密。加密公式为\(ci = (mi+Ki) \mod n\)，其中\(mi\)为明文字符位置，\(Ki\)为工作密钥中的字符位置。 - **示例**：使用用户密钥"cat"加密明文"vigenere cipher"，得到的密文为"xizgnxtevkpagr"。 3. **周期置换密码的实现** - **实验原理**：周期置换密码将明文字母按照一定长度\(m\)进行分组，然后按照给定的置换π对每组字母进行重排序。 - **加密过程**：将明文按\(m\)个字母一组进行分组，然后按照置换π对每组进行重排序得到密文。 - **示例**：明文为"ming chen jiu dian fa dong fan gong"，加密密钥为\(3421\)，则加密后的密文为"ngim enhc udij nfai onda anfg ngog"。 4. **列置换密码的实现** - **实验原理**：列置换密码也是一种置换密码，它通过对明文进行列的置换来实现加密。这种密码通常使用一个密钥矩阵，其中的数字指示了明文应该如何被重新排列。 - **加密过程**：先将明文写入到一个矩阵中，然后按照密钥矩阵中指定的顺序读出这些字母形成密文。 - **示例**：假设明文为"attackatnineam"，密钥矩阵为一个5x5的矩阵，其中的数字指示了每一列的读取顺序，加密后可能得到的密文为"ttnaaiakcmkve"。 #### 四、实验总结 通过本次实验，不仅能够加深对古典密码算法的理解，还能够通过实际编程操作提高自己的密码学技能。这些古典密码算法虽然在现代安全通信中已不再适用，但它们作为密码学的基石，对于理解和设计更复杂的现代密码系统至关重要。此外，通过完成这些实验任务，还可以培养解决问题的能力和逻辑思维能力。