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《密码学与信息安全》实验报告专业班级姓名学号2015年6月5日-1-实验一古典密码实验1实验目的1.理解代替密码学加密过程2.理解置换密码学加密过程2实验内容1．手动完成Caesar密码2．Caesar加密3．Caesar密码分析4．单表置换密码5．单表置换密码分析3实验过程本练习主机A、B为一组，C、D为一组，E、F为一组。首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。1．手动完成Caesar密码（1）在实验原理部分我们已经了解了Caesar密码的基本原理，那么请同学们写出当密钥k=3时，对应明文：datasecurityhasevolvedrapidly的密文：datasecurityhasevolvedrapidly。（2）进入实验平台，单击工具栏中的“密码工具”按钮，启动密码工具，在向导区点击“Caesar密码”。在明文输入区输入明文：datasecurityhasevolvedrapidly。将密钥k调节到3，查看相应的密文，并与你手动加密的密文进行比较。请根据密钥验证密文与明文对应关系是否正确。2．Caesar加密（1）进入“加密解密”｜“Caesar密码”视图，在明文输入区输入明文（明文应为英文），单击“加密”按钮进行加密。请将明文记录在这里：Iamastident。（2）调节密钥k的微调按钮或者对照表的移位按钮，选择合适的密钥k值，并记下该密钥k值用于同组主机的解密。加密工作完成后，单击“导出”按钮将密文默认导出到Caesar共享文件夹(D:\Work\Encryption\Caesar\)中，默认文件名为Caesar密文.txt。（3）通知同组主机接收密文，并将密钥k通告给同组主机。6（4）单击“导入”按钮，进入同组主机Work\Encryption\Caesar目录（\\同组主机IP\Work\Encryption\Caesar），打开Caesar密文.txt。（5）调节密钥k的微调按钮或对照表的移位按钮，将k设为同组主机加密时的密钥k值，这时解密已经成功。请将明文写出：Iamastident。（6）将解密后的明文与同组主机记录的明文比较，请对比明文是否相同。3．Caesar密码分析（1）本机进入“密码工具”｜“加密解密”｜“Caesar密码”，在明文输入区输入明文（要求明文有一定的意义以便让同组主机分析）。请将明文记录在这里：Iamastident。（2）调节密钥k的微调按钮或者对照表的移位按钮，选择合适的密钥k值完成Caesar加密，单击“导出”按钮，将密文默认导出到Caesar共享文件夹中。（3）通告同组主机（不要通告密钥值k）密文已经放在共享文件夹中，让同组主机获取密文。（4）单击“导入”按钮将同组主机Caesar密文导入。-2-（5）调节密钥k的微调按钮或者对照表的移位按钮来调节密钥，从而进行密码分析（平均13次，最坏26次破解）。请将破解出的明文和密钥记录在这里：密钥k=6。明文Iamastident。（6）将破解后的密钥和明文与同组主机记录的密钥和明文比较。如果不同请调节密钥k继续破解。4．单表置换密码（1）单击“密码工具”按钮，进入“加密解密”｜“单表置换”｜“加密/解密”视图，与同组主机协商好一个密钥词组k=iamastudent.（2）根据“单表置换”实验原理计算出置换表。（3）计算完成置换表以后，在明文输入区输入明文，单击“加密”按钮用置换表的对应关系对明文进行加密，加密完成后，单击“导出”按钮，将密文导出到SingleTable共享目录中，并通告同组主机获取密文。请将明文记录在这里：datasecurityhasevolvedrapidly。（4）单击“导入”按钮将同组主机单表置换密文导入，根据同组主机置换表完成本机置换表，单击“解密”按钮对密文进行解密。（5）本机将解密后的明文与同组主机记录的明文对照，如果双方的明文一致，则说明实验成功，否则说明本机或同组主机的置换表计算错误。5．单表置换密码分析（1）图5-2-1是由统计学得出的英文字母相对频率表。-3-图5-2-1由图5-2-1可以看出，英文字母E出现的频率最高，而J和Z出现的频率最低，这样，就可以通过英文字母出现的频率大致上判定单表置换密码的置换表，从而得到明文。（2）本机进入“密码工具”｜“加密解密”｜“单表置换”｜“密码分析”页面，单击“导入”按钮，将密文“单表置换密码分析密文.txt”导入，单击“统计”按钮，统计密文中每个字母出现的频率，回答下列问题：在密文中出现频率最高的字母是A与上表比较，它可能是由字母E置换的。（3）置换表组框中点击“解密”按钮，这时将得到一个明文。然而此时的明文并不是最终要得到的，可以通过明文的特征和各个字母的比例来调节置换表中的对应关系，从而得到正确的明文。例如，明文第一段和置换表如图5-2-2所示。图5-2-2根据明文我们可猜测图中画线的单词“soedlda’r”应该为“shedidn’t”。首先在置换表中找到明文小写字母o对应的密文大写字母E，然后改变置换表，使猜测的h对应E，依此类推则i对应F，n对应M，t对应T，变换后的置换表如图5-2-3所示。图5-2-3-4-单击“解密”按钮，得到明文如图5-2-4所示。图5-2-4依此类推便可以得到明文，请根据你的置换表填写表5-2-1。abcdefghijklmCHINABDENGJKLnopqrstuvwxyzMOPQRSTUVWXYZ4结论古典密码算法曾经被广泛应用，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。古典密码学可以分为代替密码（也叫做移位密码）和置换密码（也叫做换位密码）两种，其中代替密码典型的有Caesar密码，数乘密码和仿射变换等，置换密码有单表置换和多表置换等。5实验二分组密码实验1实验目的1.理解对称加密算法的原理和特点2.理解DES算法的加密原理3理解AES算法的加密原理2实验内容1．DES加密解密2．DES算法3．AES加密解密4．AES算法3实验过程本练习主机A、B为一组，C、D为一组，E、F为一组。首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。1．DES加密解密（1）本机进入“密码工具”｜“加密解密”｜“DES加密算法”｜“加密/解密”页签，在明文输入区输入明文：iamastudent,youareapig。（2）在密钥窗口输入8（64位）个字符的密钥k，密钥k=students。单击“加密”按钮，将密文导出到DES文件夹（D:\Work\Encryption\DES\）中，通告同组主机获取密文，并将密钥k告诉同组主机。（3）单击“导入”按钮，从同组主机的的DES共享文件夹中将密文导入，然后在密钥窗口输入被同组主机通告的密钥k，点击“解密”按钮进行DES解密。（4）将破解后的明文与同组主机记录的明文比较。2．DES算法本机进入“密码工具”｜“加密解密”｜“DES加密算法”｜“演示”页签,向64位明6文中输入8个字符（8*8bit=64），向64位密钥中输入8个字符（8*8bit=64）。点击“加密”按钮。完成加密操作，分别点击“初始置换”、“密钥生成演示”、“十六轮加密变换”和“终结置换”按钮，查看初始置换、密钥生成演示、十六轮加密变换和终结置换的详细加密操作流程。3．AES加密解密（1）本机进入“密码工具”｜“加密解密”｜“AES加密算法”｜“加密/解密”页签，在明文输入区输入明文：iamastudent,youareapig。（2）在密钥窗口输入16（128位）个字符的密钥k，要记住这个密钥以用于解密，密钥k=ilikechinesebest。单击“加密”按钮，将密文导出到AES文件夹（D:\Work\Encryption\AES\）中，通告同组主机获取密文，并将密钥k告诉同组主机。7（3）单击“导入”按钮，从同组主机的AES共享文件夹中将密文导入，然后在密钥窗口输入被同组主机通告的密钥k，点击“解密”按钮进行AES解密。（4）将破解后的明文与同组主机记录的明文比较。4．AES算法进入“密码工具”｜“加密解密”｜“AES加密算法”｜“演示”页签。输入128位明文与密钥，执行加密操作，查看各演示模块。根据实验原理中对AES加密算法的SubBytes变换和ShiftRows变换的介绍，对于以下给出的状态矩阵：请计算它的SubBytes变换，以及经过SubBytes变换之后，再经过ShiftRows变换的结果。84结论对称密钥加密机制即对称密码体系，也称为单钥密码体系和传统密码体系。对称密码体系通常分为两大类，一类是分组密码（如DES、AES算法），另一类是序列密码（如RC4算法）。9实验三公钥密码实验1实验目的1.了解非对称加密机制2.理解RSA算法的加密原理3.理解ELGamal算法的加密原理2实验内容1．RSA生成公私钥及加密解密过程演示2．RSA加密解密3．ELGamal生成公钥及加密解密过程演示4．ELGamal加密解密3实验过程本练习主机A、B为一组，C、D为一组，E、F为一组。首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。一．RSA生成公私钥及加密解密过程演示（1）本机进入“密码工具”｜“加密解密”｜“RSA加密算法”｜“公私钥”页签，在生成公私钥区输入素数p和素数q，这里要求p和q不能相等（因为很容易开平方求出p与q的值）并且p与q的乘积也不能小于127（因为小于127不能包括所有的ASCII码，导致加密失败），你选用的素数p与q分别是：p=53；q=67。（2）单击“随机选取正整数e”下拉按钮，随机选取e，e=1099。（3）单击“生成公私钥”按钮生成公私钥，记录下公钥(1099,3551)，私钥(1627,3551)。（4）在公私钥生成演示区中输入素数p=53和素数q=67，还有正整数e=1099。单击“开始演示”按钮查看结果，填写表3-1-1。表3-1-1公私钥生成演示结果私钥d1627私钥n3551公钥e1099公钥n3551（5）在加/解密演示区中输入明文m=2255，公钥n=3551（mn），公钥e=1099。单击“加密演示”按钮，查看RSA加密过程，然后记录得到的密文c=2402。（6）在密文c编辑框输入刚刚得到的密文，分别输入私钥n=3551，私钥d=1627，点击“解密演示”按钮，查看RSA解密过程，然后记录得到的明文m=2255。（7）比较解密后的明文与原来的明文是否一致。根据实验原理中对RSA加密算法的介绍，当素数p=13，素数q=17，正整数e=143时，写出RSA私钥的生成过程：当公钥e=143时，写出对明文m=40的加密过程（加密过程计算量比较大，请使用密码工具的RSA工具进行计算）：10利用生成的私钥d，对生成的密文进行解密：二．RSA加密解密（1）本机在生成公私钥区输入素数p和素数q，这里要求p和q不能相等，并且p与q的乘积也不能小于127，记录你输入的素数，p=23，q=19。（2）点击“随机选取正整数e:”下拉按钮，选择正整数e，e=149。（3）点击“生成公私钥”按钮生成公私钥，记录下公钥e=149，n=437；私钥d=101，n=437。将自己的公钥通告给同组主机。（4）本机进入“加密/解密”页签，在“公钥e部分”和“公钥n部分”输入同组主机的公钥，在明文输入区输入明文：112233445566。单击“加密”按钮对明文进行加密，单击“导出”按钮将密文导出到RSA共享文件夹（D:\Work\Encryption\RSA\）中，通告同组主机获取密文292,292,255,255,337,337,219,219,249,249,289,289。（5）进入“加密/解密”页签，单击“导入”按钮，从同组主机的RSA共享文件夹中将密文导入，点击“解密”按钮，切换到解密模式，在“私钥d部分”和“私钥n部分”输入自己的私钥，再次点击“解密”按钮进行RSA解密。（6）将破解后的明文与同组主机记录的明文比较。三．ELGamal生成公钥及加密解密过程演示（1）本机进入“密码工具”｜“加密解密”｜“EL