1、實驗1古典密碼算法一、 實驗目的通過編程實現替代密碼算法和置換密碼算法，加深對古典密碼體系的了解，為以后深入學習密碼學奠定基礎。二、 實驗原理古典密碼算法曾被廣泛應用，大都比較簡單。它的主要應用對象是文字信息，利用密碼算法實現文字信息的加密和解密。其中替代密碼和置換密碼是具有代表性的兩種古典密碼算法。1、 替代密碼 替代密碼算法的原理是使用替代法進行加密，就是將明文中的字符用其他字符替代后形成密文。例如，明文字母a、b、c、d，用D、E、F、G做對應替換后形成密文。最早的替代密碼是由Julius Caesar 發明的Caesar （愷撒）密碼，又叫循環移位密碼。它的加密過程可以表示為下面的函數

2、： E(m) = (m+k ) mod n其中，m為明文字母在字母表中的位置數；n為字母表中的字母個數；k為密鑰；E(m)為密文字母在字母表中對應的位置數。 例如，對于明文字母H，其在字母表中的位置數為8，設k=4，則按照上式計算出來的密文為L，計算過程如下： E(8) = (m+k ) mod n = (8+4 ) mod 26 = 12 = L解密算法是：m = D(L) =（L-k）mod 262、 置換密碼置換密碼算法的原理是不改變明文字符，只將字符在明文中的排列順序改變，從而實現明文信息的加密。置換密碼又稱為換位密碼。矩陣換位法是實現置換密碼的一種常用方法。它將明文中的字母按照給定的

3、順序安排在一個矩陣中，然后又根據密鑰提供的順序重新組合矩陣中的字母，從而形成密文。例如，明文為 attack begins at five ，密鑰為 cipher ，將明文按照每行6個字母的形式排在矩陣中，形成如下形式： attack begins atfive根據密鑰 cipher 中各字母在字母表中出現的先后順序，得到給定的一個置換： f = 1 4 5 3 2 6因此有： 密鑰： 145326 明文： attack begins atfive根據上面的置換，將原有矩陣中的字母按照第1列、第4列、第5列、第3列、第2列、第6列的順序排列、則有下面的形式：aacttk binges aivf

4、te從而得到密文：abatgftetcnvaiikse其解密過程是根據密鑰的字母數作為列數，將密文按照列、行的順序寫出，再根據由密鑰給出的矩陣置換產生新的矩陣，從而恢復明文。三、 實驗環境PC機，C或C+編譯環境四、 實驗內容和步驟1、 替代算法：（1） 根據實驗遠離部分對替代密碼算法的介紹，創建明文信息，并選擇一個密鑰k，編寫替代密碼算法的實現程序，實現加密和解密操作。 替代密碼包括多種類型，如單表替代密碼、多明碼替代密碼、多字母替代密碼、多表替代密碼等。（2） 結果截圖：（3） 流程圖：開始創建明文信息輸入密鑰加密操作解密操作結束2、 置換算法（1） 置換密碼算法的原理是不改變明文字符，只

5、將字符在明文中的排列順序改變，從而實現明文信息的加密。置換密碼有時又稱為換位密碼。 矩陣換位法是實現置換密碼的一種常用方法。它將明文中的字母按照給的順序安排在一個矩陣中，然后用根據密鑰提供的順序重新組合矩陣中字母，從而形成密文。（2） 實驗截圖：（3）開始創建明文信息輸入密鑰加密操作解密操作結束1、 回答問題：試分析兩種密碼算法的安全性，以及如何改進。替代密碼中使用特定的公式將結果加密并得到結果，以此并加以加密和解密，算法比較簡單。置換密碼中使用二維數組對信息進行加密和解密，這中工作使信息安全性更好一些2、 本次實驗的體會總結。了解古典密碼算法并不代表能寫出來程序，除了寫程序要注意的各個細節，

6、還要將腦海里的想法轉化為流程圖并用c語言實現。感覺做出的程序并不是很好，替代算法簡單一點，置換算法花費了大量的時間，還只是勉強成功。意識到自己太弱，還需要付出更多的努力。替代密碼：#include<stdio.h> #include<math.h> #include<string.h> #include<conio.h>#define N 500 int main() int i=0,k,m,n,l; char str1N,str2N; /*C=M+K.K is key.*/ textbackground(RED);textcolor(LIGHT

7、GREEN);clrscr(); printf("This is a code password program.n"); printf("Please input proclaimed in writing(M):n"); gets(str1);/*輸入要加密的明文M*/ printf("Please input the key(K)(int):n"); scanf("%d",&k);/*輸入密鑰K*/ m=strlen(str1);/*測試明文的長度*/ printf("The M lengt

8、h is %dn",m); printf("ciphertext(C) is :nn"); for(i=0;i<m;i+)/*加密的過程*/ n=(int)str1i;/*將字符轉換成ASCII*/ if(str1i=' ')/*如果字符串中出現空格返回空格*/ printf(" "); str2i=str1i; else if(n>96&&n<123)/*對小寫進行加密*/ n=(n-97+k)%26; if(n<0) n=26+n; l=(char)(n+97); printf(&qu

9、ot;%c",l); str2i=l; else if(n>64&&n<91)/*對大寫進行加密*/ n=(n-65+k)%26; if(n<0) n=26+n; l=(char)(n+97); printf("%c",l); str2i=l; str2i='0' /*-*/ printf("nnThe C length is %d",strlen(str2); printf("When the ciphertext is '%s',nThe password prog

10、ram is.:nn",str2); m=strlen(str2); for(i=0;i<m;i+)/*解密過程*/ n=(int)str2i;/*將字符轉換成ASCII*/ if(str2i=' ')/*如果是空格，返回的也是空格*/ printf(" "); else if(n>96&&n<123)/*對小寫進行解密*/ n=(n-97-k)%26; if(n<0) n=26+n; l=(char)(n+97); printf("%c",l); else if(n>64&

11、&n<91)/*對大寫進行解密*/ n=(n-65-k)%26; if(n<0) n=26+n; l=(char)(n+97); printf("%c",l); str1i='0' getch(); return 0; 置換算法:#include<stdio.h> #include<math.h> #include<string.h>#include<conio.h> #define N 100 int main() /*-*/ int i,j,lenK,lenM,m,n,temp; int

12、 TN; char KN,MN,CN,Temp1N,Temp2N,Temp3N;textbackground(GREEN);textcolor(RED); clrscr(); /*-*/ printf("This is a substitution cipher.n"); printf("Please input the M:n");/*輸入明文M*/ gets(M); printf("Please input the K:n");/*輸入密鑰K*/ gets(K); lenK=strlen(K); lenM=strlen(M);/*

13、測設長度*/ m=lenM/lenK; n=lenK;/*定義矩陣的長和寬*/ for(i=0;i<lenK;i+)/*對密鑰進行數字排序*/ temp=0; for(j=0;j<lenK;j+) if(int)Ki<(int)Kj) temp+=1; Ti=lenK-temp; printf("%d ",Ti);/*輸出各字符對應的數字順序*/ /*-*/ printf("nnFirst.nn"); for(i=0;i<m;i+)/*根據密鑰將明文排列成矩陣*/ for(j=0;j<n;j+) Temp1i*lenK+j=

14、Mi*lenK+j; printf("%c ",Temp1i*lenK+j); printf("n"); Temp1lenM='0' /*-*/ printf("nSecond.nn");/*進行第一次置換*/ for(i=0;i<lenK;i+) for(j=0;j<m;j+) Temp2j*lenK+i=Temp1j*lenK+Ti-1; Temp2lenM='0' for(i=0;i<m;i+) for(j=0;j<lenK;j+) printf("%c ",Temp2i*lenK+j); printf("n"); /*-*/ printf("nThird.nn");/*進行第二次置換*/ for(i=0;i<lenK;i+) for(j=0;j<m;j+) Temp3j*lenK+i=Temp2j*lenK+Ti-1; Temp3lenM='0' for(i=0;i<m;i+) for(j=0;j<l