现代密码学古典密码 实验报告之欧阳地创编Word格式文档下载.docx
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尽管古典密码大多比较简单，一般可用手工或机械方式实现，且都可用统计分析方法破译，目前已很少采用。
但是，古典密码所采用的代替技术和置换技术仍然是现代分组密码算法设计的基础，了解它们的设计原理，有助于理解、设计和分析现代密码。
一、实验目的
通过编程实现经典的代替密码算法和置换密码，包括移位密码、维吉尼亚密码、周期置换密码、列置换密码，加深对代替技术的了解，为现代分组密码实验奠定基础。
二、实验原理
代替（Substitution）是古典密码中基本的处理技巧，就是将明文字母由其他字母表中的字母替换的一种方法。
代替密码（SubstitutionCipher）就是使用代替法进行加解密的密码算法。
代替密码的密钥是一个替换表，它表示了明文字母与密文字母的对应关系。
加密时，通过查表，明文字母被逐个替换后，生成看似无任何意义的字母串，即密文。
解密时，逆向使用替换表，将密文字母逐个替换为明文字母。
按照一个明文字母是否总是被一个固定的字母代替进行划分，代替密码可分为两类：
（1）单表代替密码（MonoalphabeticSubstitutionCipher）：
明文中出现的同一个字母，不管它出现在什么位置，在加密时都用相同的字母来代替。
移位密码就是单表代替密码。
（2）多表代替密码（PolyalphabeticSubstitutionCipher）：
明文中出现的同一个字母，在加密时不是完全被相同的字母代替，而会根据其出现的位置次序用不同的字母代替。
维吉利亚密码就是多表代替密码。
1．移位密码
移位密码（ShiftCipher）是一种典型的单表替代密码，也称为加法密码。
移位密码的加密方法就是将明文中的每个字母用其在字母表后面的第k个字母替代，它的加密过程可以表示为：
c=（m+k）modn
其中，m为明文字母在字母表中的位置数；
n为字母表中的字母总数；
k为密钥；
c为密文字母在字母表中对应的位置数。
相应的，移位密码的解密过程可以表示为：
m=（c-k）modn
实验代码：
#include<
iostream>
math.h>
usingnamespacestd;
//定义一些全局变量
charstr[100];
//用于存储处理前字符串
charenstr[100];
//用于存储处理后字符串
intnum=0;
//用于累计字符数量
char*p;
//用于指向处理字符串
intkey;
//加密
voidencrypt（）
{
while（*p!
='
\0'
）
{
*p=（*p-97+key）%26+97;
p++;
}
cout<
<
”CRYPT_OK”<
endl;
"
加密后字符：
str<
endl<
}
//解密
voiddecrypt（）
{
*p=（*p-71-key）%26+97;
Cout<
解密后字符：
voidmain（）
intord;
while
（1）
1.加密\n2.解密\n3.退出"
p=str;
请选择功能：
;
cin>
>
ord;
if（ord==1）
请输入待处理字符串:
str;
请输入密钥:
key;
encrypt（）;
if（ord==2）
decrypt（）;
if（ord==3）break;
实验结果：
2．维吉尼亚密码
维吉尼亚密码（VigenereCipher）是一种多表代替密码，其本质是周期移位密码。
维吉尼亚密码的（用户）密钥为一含有d个字母的有限字母序列
k=k0k1…kd-1
加密时，首先将用户密钥进行周期扩展（周期为d），扩展后的无限字母序列称为工作密钥，记为
K=K0K1…Ki…其中
Ki=Kimodd，i=0,1,…
当d=1时，维吉尼亚密码就是移位密码。
对于含有l个字母的明文，维吉尼亚加密过程可以表示为：
ci=（mi＋Ki）modn
其中，M=m0m1…mi…ml-1为明文，C=c0c1…ci…cl-1为密文，K=K0K1…Ki…Kl-1为工作钥，n为明文字母表的长度，l为明文长度（含有字母的数目）。
例如，使用用户钥cat，对明文“vigenerecipher”进行维吉尼亚加密。
此时，n=26（对应英文字母表），用户钥c=3、a=0、t=19，得到的密文为“xizgnxtevkpagr”。
intmain（）
charchoice;
-------------维吉尼亚加密解密------------------"
输入1进行加密，输入2进行解密，输入3退出"
choice;
if（choice=='
1'
chararra[100]="
arrb[100]="
arrc[100]="
inti=0;
chara,b,c;
请输入明文：
arrb;
请输入密钥：
arra;
intan=strlen（arra）;
intbn=strlen（arrb）;
if（an<
bn）
for（i=an;
i<
bn;
i++）
arra[i]=arra[i%an];
for（i=0;
a=arra[i];
b=arrb[i];
c=a+b-97;
if（c>
90）
c=char（64+c%90）;
arrc[i]=c;
else
arrc[i]=char（c）;
加密后密文为：
strlen（arrc）;
arrc[i];
elseif（choice=='
2'
请输入密文：
arrc;
//cout<
sizeof（arra）<
strlen（arra）;
intcn=strlen（arrc）;
cn）
cn;
c=arrc[i];
b=c-a+97;
if（b<
97）
b=b+26;
arrb[i]=char（b）;
解密后明文为：
strlen（arrb）;
arrb[i];
3'
return0;
error，输入不符！
！
3．列置换密码
列置换密码也称为矩阵置换密码。
其加解密方法如下：
把明文字符以固定的宽度m（分组长度）水平地（按行）写在一张纸上，按1,2,…,m的一个置换π交换列的位置次序，再按垂直方向（即按列）读出即得密文。
解密就是将密文按相同的宽度m垂直在写在纸上，按置换π的逆置换π−1交换列的位置次序，然后水平地读出得到明文。
置换π就是密钥。
主函数main（）;
#include<
stdio.h>
string.h>
stdlib.h>
ctype.h>
intmain（intargc）
char*str1,*key,*str3,c;
str1=（char*）malloc（500）;
key=（char*）malloc（500）;
str3=（char*）malloc（500）;
printf（"
ColumnpermutationcipherEncryption&
Decryption\n----------------------------\nPleaseselectwhichtype\nE:
Encription\nD:
Decription\nQ:
Quit\n----------------------------\n"
）;
c=getchar（）;
while（c!
q'
&
c!
Q'
if（c=='
E'
||c=='
e'
getchar（）;
Pleaseinputtheplaintext:
\n"
gets（str1）;
PleaseinputtheEncrptionKey:
gets（key）;
Thecipheris:
Encryption（str1,key）;
else
PleaseinputtheDecryptionKey:
Pleaseinputtheciphertext:
gets（str3）;
Theplaintextis:
Decryption（key,str3）;
free（str1）;
free（key）;
free（str3）;
return0;
加密函数：
voidEncryption（charstr1[],charkey[]）
inti,j;
charnum[300];
intplen=strlen（str1）;
intlen=strlen（key）;
for（i=0;
len;
num[i]=1;
for（j=0;
j<
j++）
if（key[j]<
key[i]）
num[i]++;
for（j=0;
i;
{if（key[j]==key[i]）
num[i]=num[i]+1;
printf（"
i++）{
plen/len;
j++）
%c"
str1[j*len+num[i]-1]）;
"
解密函数：
voidDecryption（charkey[],charstr3[]）
charnum[500];
charcnum[500];
intclen=strlen（str3）;
num[i]=1;
{if（key[j]<
{if（key[j]==key[i]）
if（i+1==num[j]）
cnum[i]=j;
clen/len;
str3[cnum[j]*clen/len+i]）;
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