古典密码学实验

一．实验原理

古典密码算法历史上曾被广泛应用，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

替代密码算法的原理是使用替代法进行加密，就是将明文中的字符用其它字符替代后形成密文。例如：明文字母 a、b、c、d ，用 D、E、F、G做对应替换后形成密文。

替代密码包括多种类型，如单表替代密码、多明码替代密码、多字母替代密码、多表替代密码等。下面我们介绍一种典型的单表替代密码，恺撒(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此字符在字母表中后面第 k个字母替代。它的加密过程可以表示为下面的函数：

E(m)=(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 k=4，则按照上式计算出来的密文为 L：

E(8) = (m+k) mod n = (8+4) mod 26 = 12 = L

2． 置换密码

置换密码算法

古典密码学

古典密码学杨秋伟 湖南大学 计算机与通信学院

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古典密码学

古典密码学组成古典替换密码体制 古典单码加密法 古典多码加密法 古典换位密码体制 古典置换加密法

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古典密码学

古典单码加密法：概述 概述单码加密是一种替换加密法，其中的每个明文只能被唯一的一个 单码加密 密文字母所替换。 例一：在给定的加密法中，明文的字母“a”在密文中可能总是 例一 显示为“n”; 例二(恺撒加密法 例二 恺撒加密法):将字母在字母表中的位置后移3位，即“a” 恺撒加密法 到“d”, “b”到“e”,…, “z”到“c” 。

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古典密码学

古典单码加密法：关键词加密 关键词加密恺撒加密法的分析：简单移位加密法通过尝试所有25个密钥就可 恺撒加密法的分析 以很容易破解，所以替代加密法应具有更多的密钥。 关键词加密的构造 选择一个关键词，如果该关键词有重复的字母，去除除第一次 出现之外的所有相同字母。例如，候选关键词为“success”, 则使用“suce”; 将该关键词写在字母表的下方，并用字母表的其它字母按标准 的顺序填写余下的空间。

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古典

绪论

密码学的发展历史(1)

1.3 密码学的发展历史

密码学的发展历程大致经历了三个阶段：古代加密方法、古典密码和近代密码。

1.3.1 古代加密方法（手工阶段）

源于应用的无穷需求总是推动技术发明和进步的直接动力。存于石刻或史书中的记载表明，许多古代文明，包括埃及人、希伯来人、亚述人都在实践中逐步发明了密码系统。从某种意义上说，战争是科学技术进步的催化剂。人类自从有了战争，就面临着通信安全的需求，密码技术源远流长。

古代加密方法大约起源于公元前440年出现在古希腊战争中的隐写术。当时为了安全传送军事情报，奴隶主剃光奴隶的头发，将情报写在奴隶的光头上，待头发长长后将奴隶送到另一个部落，再次剃光头发，原有的信息复现出来，从而实现这两个部落之间的秘密通信。

密码学用于通信的另一个记录是斯巴达人于公元前400年应用Scytale加密工具在军官间传递秘密信息。Scytale实际上是一个锥形指挥棒，周围环绕一张羊皮纸，将要保密的信息写在羊皮纸上。解下羊皮纸，上面的消息杂乱无章、无法理解，但将它绕在另一个同等尺寸的棒子上后，就能看到原始的消息。

我国古代也早有以藏头诗、藏尾诗、漏格诗及绘画等形式，将要表达的真正意思或“密语”隐藏在诗文或画卷中特定

第一章

1.现代密码学技术仅用于实现信息通信保密的功能 ×

2.密码技术是一种古老的技术，所以，密码学发展史早于信息安全发展史 × 3.密码学是保障信息安全的核心技术，信息安全是密码学研究与发展的目的 √ 4.密码学是对信息安全各方面的研究，能够解决所有信息安全的问题 × 5.从密码学的发展史可以看出，整个密码学的发展史符合历史发展的规律和人类对客观事物的认识规律 √

6.信息隐藏技术其实也是一种信息保密技术 √ 7.传统密码系统本质上均属于对称密码学范畴 × 8.早期密码的研究基本上是秘密的进行的，而密码学的真正蓬勃发展和广泛应用源于计算机网络的普及和发展 √

9.1976年后，美国数据加密标准（DES）的公布使密码学的研究公开，从而开创了现代密码学的新纪元，是密码学发展史上的一次质的飞跃 ×

10.密码标准化工程是一项长期的艰巨的基础性工作，也是衡量国家商用密码发展水平的重要标志 √ 11、1949年，（A、Shannon）发表题为《保密系统的通信理论》的文章，为密码系统建立了理论基础，从此密码学成了一门科学。 12.在公钥密码思想提出约一年后1978年，美国麻省理工学院的ri

第一章

1.现代密码学技术仅用于实现信息通信保密的功能 ×

2.密码技术是一种古老的技术，所以，密码学发展史早于信息安全发展史 × 3.密码学是保障信息安全的核心技术，信息安全是密码学研究与发展的目的 √ 4.密码学是对信息安全各方面的研究，能够解决所有信息安全的问题 × 5.从密码学的发展史可以看出，整个密码学的发展史符合历史发展的规律和人类对客观事物的认识规律 √

6.信息隐藏技术其实也是一种信息保密技术 √ 7.传统密码系统本质上均属于对称密码学范畴 × 8.早期密码的研究基本上是秘密的进行的，而密码学的真正蓬勃发展和广泛应用源于计算机网络的普及和发展 √

9.1976年后，美国数据加密标准（DES）的公布使密码学的研究公开，从而开创了现代密码学的新纪元，是密码学发展史上的一次质的飞跃 ×

10.密码标准化工程是一项长期的艰巨的基础性工作，也是衡量国家商用密码发展水平的重要标志 √ 11、1949年，（A、Shannon）发表题为《保密系统的通信理论》的文章，为密码系统建立了理论基础，从此密码学成了一门科学。 12.在公钥密码思想提出约一年后1978年，美国麻省理工学院的ri

《现代密码学》实验报告

年级、专业、班级 实验题目 实验时间 2014.11.20 实验成绩 2012级计算机科学与技术1班 姓名 陈康裕 对称密码算法DES 实验地点 实验性质 主教0410 ■验证性 □设计性 □综合性 教师评价： □算法/实验过程正确； □源程序/实验内容提交 □程序结构/实验步骤合理； □实验结果正确； □语法、语义正确； □报告规范； 其他： 评价教师签名： 一、 实验原理和目的 DES算法属于分组加密算法，即在明文加密和密文解密过程中，信息都是按照固定长度分组后进行处理的。混淆和扩散是它采用的两个最重要的安全特性。混淆是指通过密码算法使明文和密文以及密钥的关系非常复杂，无法从数学上描述或者统计。扩散是指明文和密钥中的每一位信息的变动，都会影响到密文中许多位信息的变动，从而隐藏统计上的特性，增加密码的安全。 DES算法将明文分成64位大小的众多数据块，即分组长度为64位。同时用56位密钥对64位明文信息加密，最终形成64位的密文。需要注意的地方是掌握DES算法的1

现 代 密 码 学 实 验 报 告

学生姓名 学 号 专业班级 指导教师

学 院 信息科学与工程学院 完成时间 2014年5月

实验一 对称密码算法实验

[实验目的]

1.掌握密码学中经典的对称密码算法DES、AES、RC4的算法原理。 2.掌握DES、AES、RC4的算法流程和实现方法。

[实验预备]

1.DES算法有什么特点？算法中的哪些结构保证了其混淆和扩散的特性？

答：分组比较短、密钥太短、密码生命周期短、运算速度较慢。采用替代和置换的方法简单有效地遵循了香农定理，替代操作通过S盒达到了混淆效果，置换操作通过P盒扩散效果。

2.AES算法的基本原理和特点。

答：AES加密数据块分组长度必须为128比特，密钥长度可以是128比特、192比特、256比特中的任意一个（如果数据块及密钥长度不足时，会补齐）。AES加密有很多轮的重复和变换。大致步骤如下：1、密钥扩展（KeyExpansion），2、初始轮（Initial Round），3、重复轮（Rounds），每一轮又包括：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey，4、最终轮（

哈尔滨工程大学

实 验 报 告

实 验 名 称： DES加密 班 级：

学 号： 姓 名： 实 验 时 间： 2015.6.15 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

一、实验名称

DES加密

二、实验目的

通过编程实现DES加密的算法设计，并加深对其的了解。

三、实验环境（实验所使用的器件、仪器设备名称及规格）

WindowXP系统计算机 ，Dev C++

四、实验任务及其要求

根据实验原理部分对DES加密的介绍，自己创建明文信息，并选择一个密钥，编写DES加密的实现程序，实现加密和解密操作。

word文档 可自由复制编辑

现 代 密 码 学实 验 报 告

AES 1． 背景

AES，密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Stan

dard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。AES 有一个固定的128位的块大小和128，192或256位大小的密钥大小。Rijndael算法汇聚了安全性、效率高、易实现性和灵活性等优点,是一种较DES更好的算法。

该算法为比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计，结合两位作者的名字，以Rijndael之命名之，投稿高级加密标准的甄选流程。（Rijdael的发音近于 \。）AES在软体及硬件上都能快速地加解密，相对来说较易于实作,且只需要很少的记忆体。作为一个新的加密标准,目前

《密码学原理与实践(第三版)》课后习题参考答案

(由华中科技大学信安09级提供)

第一章

1.1（李怡）

(a)51 (b)30 (c)81 (d)7422

1.2（贾同彬）

证明：令t1= (-a)mod m ,t2=m-(a mod m),则t1≡t2(mod m).

又 0

1.3 （张天翼） 证明充分性：

若a?b(modm)，则可得a?b?km，设b?jm?r，0?r?m，j?N，则有

a?(k?j)m?r，故有amodm?r,由假设得bmodm?r，故amodm?bmodm

证明必要性：

若amodm?bmodm，则可设amodm?bmodm?r，则有a?km?r，b?jm?r，其中j,k?N，因此a?b?(k?j)m，即ma?b，故a?b(modm) 综上，问题得证

1.4 （李怡）

令a?km?r,0?r?m,则r?amodm?a?而r?a?km,所以只需证明k???.

m??a?raa?a?因为k?,?m?-r?0,所以?1?k?,即k???mmm?m? 1.5 (李志远)

穷举密钥法来破解移位密码即将这个字符串每个字母移位1，2，3…26次，然后判断这26个字符串哪个符合英语规则。故我编写 如下的C++来实现如此功能 #