实验一古典密码算法.doc

一、实验目的学****常见的古典密码学算法, 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****密码学奠定基础。二、实验要求分析替代密码算法和置换密码算法的功能需求, 详细设计实现替代密码算法和置换密码算法的数据结构和流程, 给出测试用例和测试步骤, 得出测试和结论。替代密码算法和置换密码算法的实现程序必须提供加密和解密两个接口: int encrypt() 和 int decrypt() 。当加密或者解密成功时返回 CRYPT_OK ,失败时返回 CRYPT_ERROR 。三、实验原理古典密码算法曾被广泛应用,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. 替代密码替代密码的原理是使用替代法进行加密, 就是将明文由其它的字母、数字或符合所代替后形成密文。这里每个明文字母对应的密文字母可能是一个, 也可能是多个。接收者对密文进行逆向替换即可得到明文。替代密码有五种表现形式: ○ 1 单表代替即简单替代密码或者称为单字母代替, 明文字母表中的一个字符对应密文字母表中的一个字符。这是所有加密中最简单的方法。○ 2 多名码代替就是将明文字母表中的字符映射为密文字母表中的多个字符。多名码简单代替早在 1401 年就由 DuchyMantua 公司使用。在英文中,元音字母出现频率最高,降低对应密文字母出现频率的一种方法就是使用多名码,如 e 可能被密文 5、 13或 25 替代。○ 3 多音码代替就是将多个明文字符代替为一个密文字符。比如将字母“i”和“j”对应为“K”,“v”和“w”代替为“L”最古老的这种多字母加密始见于 1563 年由波他的《密写评价》( De furtiois literarum notis )一书。○ 4 多表代替即由多个简单代替组成, 也就是使用了两个或两个以上的代替表。比如使用有 5 个简单代替表的代替密码, 明文的第一个字母用第一个代替表, 第二个字母用第二个表, 第三个字母用第三个表, 以此类推, 循环使用这五张代替表。多表代替密码由莱昂. 巴蒂斯塔于 1568 年发明,著名的维吉尼亚密码和博福特密码均是多表代替密码。关于单表替代密码——凯撒(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字母表中该字母后的第 R 个字母来替换,达到加密的目的。它的加密过程可以表示为下面的函数: ( ) ( ) mod E m m k n ? ?其中, m为明文字母在字母表中的位置数; n为字母表中的字母个数; k为密钥; ( ) E 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4k?,则按照上式计算出来的密文为 L ,计算过程如下: (8) ( ) mod (8 4)mod26 12 E m k n L ? ? ???? , 而是按照某一规则重新排列消息中的比特或字符顺序,才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定的顺序安排在一个矩阵中,然后