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信息安全实验报告学号：学生姓名：班级：实验三密码学实验一、古典密码算法实验一、实验目的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，为深入学习密码学奠定基础。二、编译环境运行windows或linux操作系统的PC机，具有gcc（linux）、VC（windows）等C语言编译环境。三、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)modn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)modn=(8+4)mod26=12=L2．置换密码置换密码算法的原理是不改变明文字符，只将字符在明文中的排列顺序改变，从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的顺序安排在一个矩阵中，然后用根据密钥提供的顺序重新组合矩阵中字母，从而形成密文。例如，明文为attackbeginsatfive，密钥为cipher，将明文按照每行6列的形式排在矩阵中，形成如下形式：attackbeginsatfive根据密钥cipher中各字母在字母表中出现的先后顺序，给定一个置换：123456f=145326根据上面的置换，将原有矩阵中的字母按照第1列，第4列，第5列，第3列，第2列，第6列的顺序排列，则有下面形式：aacttkbingesaIvfte从而得到密文：abatgftetcnvaiikse其解密的过程是根据密钥的字母数作为列数，将密文按照列、行的顺序写出，再根据由密钥给出的矩阵置换产生新的矩阵，从而恢复明文。四、实验内容和步骤1、根据实验原理部分对替代密码算法的介绍，自己创建明文信息，并选择一个密钥k，编写替代密码算法的实现程序，实现加密和解密操作。2、根据实验原理部分对置换密码算法的介绍，自己创建明文信息，并选择一个密钥，编写置换密码算法的实现程序，实现加密和解密操作。五、总结与思考记录程序调试过程中出现的问题，分析其原因并找出解决方法。记录最终实现的程序执行结果。思考采取什么样的手段来防范类似对网络的攻击。六、实验结果替换密码的加密解密先是加密实现程序为:#includestdio.h#includeconio.hmain(){intk,i=0;chara[100],b[100]={0};;printf(pleaseinputyourmingwen：\n);gets(a);printf(pleaseinputmishi\n);scanf(%d,&k);printf(\n);do{b[i]=(char)(a[i]+k);if(b[i]122){b[i]=(char)(b[i]-26);}i++;}while(a[i]!='\0');puts(b);getch();}实验结果为：再是解密：实现程序为：#includestdio.h#includeconio.hmain(){intk,i=0;chara[100],b[100];printf(pleaseinputmiwen:\n);gets(a);printf(pleaseinputmishi:\n);scanf(%d,&k);printf(\n);do{b[i]=(char)(a[i]-k);if(b[i]97){b[i]=(char)(b[i]+26);不知道三哪里的问题结果中的Y输不出来}i++;}while(a[i]!='\0');puts(b);getch();}结果为：置换密码先是加密实现程序#includestdio.h#defineTRUE1#defineFALSE0#defineN1000#defineM50intGlength(char*a){char*pt;intnlen=0;pt=a;while((*pt)!='\0'){nlen++;pt++;}returnnlen;}voidencrypt(char*a,intn,int*b){inti,j,k,t,x,y;charc[M][M],d[M][M];k=Glength(a);puts(a);t=k%n;if(t==0){x=k/n;}else{x=(k/n)+1;}printf(%d\n,x);for(i=0;ix;i++){for(j=0;jn;j++){if(((a[i*n+j])96)&&(a[i*n+j]123)){c[i][j]=a[i*n+j];printf(%c,c[i][j]);}else{c[i][j]='';printf(%c,c[i][j]);}}}printf(\nhehe\n);for(j=0;jn;j++){for(i=0;ix;i++){y=b[j];printf(encrypt%d\t,y);d[i][y]=c[i][j];printf(--%c\t,d[i][y]);}}printf(\n);for(i=0;ix;i++){for(j=0;jn;j++){a[i*n+j]=d[i][j];}}a[x*n+j+1]='\0';puts(a);}voidbubble_sort(char*a,intn,int*b){inti,j,nTemp,k,x;charchange;charc[N];x=0;strcpy(c,a);for(i=n-1,change=TRUE;i=1&&change;--i){change=FALSE;for(j=0;ji;++j){if(a[j]a[j+1]){nTemp=a[j];a[j]=a[j+1];a[j+1]=nTemp;change=TRUE;}}}i=0;while((c[i])!='\0'){for(k=0;kn;k++){if((c[i])==a[k]){b[x]=k;printf(%d\t,b[x]);}}i++;x++;}printf(\n);puts(a);}intmain(){intk;charnArr[N],a[N];intb[N];clrscr();printf(Pleaseinputkey:\n);gets(nArr);k=Glength(nArr);printf(PleaseinputMword:\n);gets(a);printf(Thedataitemsinascendingorder:\n);bubble_sort(&nArr,k,&b);puts(nArr);encrypt(&a,k,&b);puts(a);printf(\n);return0;}加密结果为：二、公钥加密算法—RSA一、实验目的通过使用RSA算法对实验数据进行加密和解密，掌握公钥加密算法的基本原理，熟练掌握RSA算法各功能模块的工作原理和具体运算过程。二、实验原理RSA公钥加密算法是1977年由RonRivest、AdiShamirh和LenAdleman在（美国麻省理工学院）开发的。RSA取名来自开发他们三者的名字。RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但那时想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。1.RSA的密钥生成RSA的算法涉及三个参数，n、e、d。其中，n是两个大质数p、q的积，n的二进制表示时所占用的位数，就是所谓的密钥长度。鉴于现代对于大整数分解的水平不断增强，一般P、Q的取值都要求在1024位以上。e和d是一对相关的值，e可以任意取，但要求e与(p-1)*(q-1)互质；再选择d，要求：(e*d)mod((p-1)*(q-1))=1。n,e、n,d就是密钥对。一般将前者当作公钥，后者作为私钥使用。2.RSA加密/解密过程RSA加解密和解密的算法完全相同,设A为明文，B为密文，则：A=B^emodn；B=A^dmodn；e和d可以互换使用，即：A=B^dmodn；B=A^emodn;三、实验环境运行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、实验内容和步骤1.根据本讲义提供的RSA程序，分析RSA算法的实现过程：(1)、利用：voidGenerateKey(RSA_Key&PublicKey,RSA_Key&PrivateKey,unsignedintiKeySize)函数根据实际需要生成符合要求长度的公钥和私钥，大致步骤如下：a)随机生成两个指定长度的大素数P，Q。b)计算N=P*Q，以及N的欧拉函数φ(N)=(P-1)*(Q-1)。c)随机生成一个与φ(N)互素的大整数E（公钥）。d)根据公式ed≡1(modΦ(N)),利用函数multi_inverse(1,Big*,Big,Big*)计算出私钥D。（2）、将某个大整数赋值给一个Big型变量M（明文）。（3）、调用函数powmod(..,..,..,..)对明文M加密得到密文C。（4）、调用函数powmod(..,..,..,..)对密文C解密得到明文D。（5）、比较M与D是否一致，判断实验结果是否正确。（6）、调换公钥、私钥后重复以上步骤，验证e、d的可互换性，并思考为什么可以这样做。2.使用实例分析取p=11，q=13。首先计算：n=pq=11×13=143φ(n)=(p-1)(q-1)=(11-1)×(13-1)=120然后选择e=17，满足gcd(e，φ(n))=gcd(17,120)=1,然后根据ed≡1(modφ(N))计算d=113。则：公钥：17,143、私钥：113,143。设明文信息：m=24。对明文信息加密，得密文为：c≡m^e%N=24^17%143=7密文c经过公开信道发送到接收方后，接收方用私钥d对密文进行解密：m≡c^d%N=7^113%143=24从而正确地恢复出明文。五、思考题1、阐明RSA密钥生成以及加密、解密流程(1)RSA密钥生成：1)找出p,q,r三个数，p,q互质，r与(p-1)(q-1)互质，p,q,r这三个数便是privatekey。2)找出m，使得mr==1mod(p-1)(q-1)3)计算n=pq，m，n这两个数便是publickey(2)流程：用户A用B的公钥对key进行加密，B收到消息后用自己的私钥进行解密获取key。2.使用提供的模块编写RSA加密程序对数据进行加密和解密，提交程序代码和执行结果。程序代码：#includetime.h#includebig.h#includeiostream#defineBUFFERSIZE4096staticmiracl*mip=mirsys(BUFFERSIZE,0);structRSA_Key//密钥结构体{Bige;BigN;};intmain(void){voidGenerateKey(RSA_Key&PublicKey,RSA_Key&PrivateKey,unsignedintiKeySize);//密钥生成函数RSA_KeyPublicKey;//公钥e,NRSA_KeyPrivateKe