凯撒密码和playfair密码 实验报告.docx
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凯撒密码和playfair密码实验报告
一．预习准备
1.实验目的
（1）.熟记古典对称密码的概念和特点；
（2）.理解若干种古典密码体制的原理；
（3）.掌握维吉尼亚及Playfair密码体制的编程实现。
2.实验环境
Widows7操作系统、MicrosoftVisualStudio2010（选择自己熟悉的编程语言和环境）
3.实验内容和要求
（1）实验内容
1.实现维吉尼亚密码体制；
2.实现Playfair密码体制。
（2）实验要求
1．复习课本/课件相关内容。
2．程序中不能固定密钥词，即用户可自行输入密钥词，然后对输入的明文进行加密，或对输入的密文进行解密
二.编程思路（实验原理）
维吉尼亚密码原理：
引入了“密钥”的概念，即根据密钥来决定用哪一行的密表来进行替换，以此来对抗字频统计。
Playfair原理：
根据下列规则一次对明文的两个字母加密：
（1）、属于相同对中的重复的明文字母将用一个填充字母进行分隔，因此，词balloon将被加密为balxloon。
（2）、属于该矩阵相同行的明文字母将由其右边的字母替代，而行的最后一个字母由行的第一个字母代替。
例如，ar被加密为RM。
（3）、属于相同列的明文字母将由它下面的字母代替，而列的最后一个字母由列的第一个字母代替。
例如，mu被加密为CM。
（4）、否则，明文的其他字母将由与其同行，且与下一个同列的字母代替。
因此，hs成为BP，ea成为IM（或JM，这可根据加密者的意愿而定）。
三.实验总结
1.实验程序（详细设计）
维吉尼亚代码：
#include
#include
#include
#defineN80
intmain（void）
{
charmessage[N];
intn,i;
intlength;
printf（"明文:
"）;
gets（message）;
printf（"密钥:
"）;
scanf（"%d",&n）;
printf（"明文:
"）;
puts（message）;
printf（"\n"）;
length=strlen（message）;
for（i=0;i{
if（message[i]>='A'&&message[i]<='Z'）
{
message[i]=（（message[i]-'A'）+n）%26+'A';
}
elseif（message[i]>='a'&&message[i]<='z'）
{
message[i]=（（message[i]-'a'）+n）%26+'a';
}
elsecontinue;
}
puts（"密文:
"）;
puts（message）;
printf（"\n"）;
return0;
}
Playfair代码：
voidencrypt（）
{
inti,k;
constintN=100;
charletters[26]="ABCDEFGHIKLMNOPQRSTUVWXYZ";//用于填充矩阵
intflag[25]={0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};//字母是否已在矩阵中，与letters数组对应
charch[5][5];//5X5矩阵
charch1[N];//密钥
charch2[N];//明文
charch4;//无关字符
intlen='a'-'A';
cout<<"输入密钥：
";
cin>>ch1;
intflg=1;
while（flg==1）
{
for（inti=0;i{
if（ch1[i]>'z'||ch1[i]<'a'）
{
cout<<"请重新选择操作：
"<flg=0;break;
}
else
ch1[i]=ch1[i]-len;
}
if（flg==1）
{for（i=0;iif（ch1[i]=='J'）ch1[i]='I';
}
i=0;intj=0;
for（intk=0;k{
for（intt=0;t<25;t++）
{
if（ch1[k]==letters[t]&&flag[t]==0）
{
ch[i][j]=letters[t];
flag[t]=1;
if（j<4）j++;
else{i++;j=0;}
}
}
}
for（k=0;k<25;k++）
{
if（flag[k]==0）
{
ch[i][j]=letters[k];
flag[k]=1;
if（j<4）j++;
else{i++;j=0;}
}
}
cout<<"密钥填充后的矩阵为：
"<for（i=0;i<5;i++）
for（j=0;j<5;j++）
{
cout<cout<<"";
if（j==4）
cout<}
cout<cout<<"请输入明文（请输入英文字符）：
";
cin>>ch2;
cout<<"输入一个无关字符：
";
cin>>ch4;
if（ch4>='a'）
ch4=ch4-len;
for（k=0;k{
if（ch2[k]>='a'）
ch2[k]=ch2[k]-len;
}
for（k=0;k{
if（ch2[k]=='J'）
ch2[k]='I';
}
//为明文添加必要的无关字符以防止同一组的两个字符相同
for（k=0;k{
if（ch2[k]==ch2[k+1]）
{
for（intt=strlen（ch2）;t>k;t--）
ch2[t+1]=ch2[t];
ch2[k+1]=ch4;
}
}
//若明文有奇数个字符，则添加一个无关字符以凑够偶数个
if（strlen（ch2）%2!
=0）
{
ch2[strlen（ch2）+1]=ch2[strlen（ch2）];//字符串结尾赋'\0'
ch2[strlen（ch2）]=ch4;//明文串尾插入无关字符
}
cout<<"经过处理后的明文为：
";
for（k=0;kcout<cout<cout<<"其最终长度为：
"<//////////////////明文输入并整理完毕///////////////////////////////
for（k=0;k{
intm1,m2,n1,n2;
for（m1=0;m1<=4;m1++）
{for（n1=0;n1<=4;n1++）
{
if（ch2[k]==ch[m1][n1]）break;
}
if（ch2[k]==ch[m1][n1]）break;
}
for（m2=0;m2<=4;m2++）
{
for（n2=0;n2<=4;n2++）
{
if（ch2[k+1]==ch[m2][n2]）break;
}
if（ch2[k+1]==ch[m2][n2]）break;
}
m1=m1%5;
m2=m2%5;
if（n1>4）{n1=n1%5;m1=m1+1;}
if（n2>4）{n2=n2%5;m2=m2+1;}
if（m1==m2）
{
ch2[k]=ch[m1][（n1+1）%5];
ch2[k+1]=ch[m2][（n2+1）%5];
}
else
{
if（n1==n2）
{
ch2[k]=ch[（m1+1）%5][n1];
ch2[k+1]=ch[（m2+1）%5][n2];
}
else
{ch2[k]=ch[m1][n2];
ch2[k+1]=ch[m2][n1];
}
}
}
cout<<"加密后所得到的密文是：
";
for（k=0;kcout<cout<}elsebreak;
}
}
//解密算法
voiddecrypt（）
{
inti,k;
constintN=100;
charletters[26]="ABCDEFGHIKLMNOPQRSTUVWXYZ";//用于填充矩阵
intflag[25]={0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};
//标记字母是否已在矩阵中，与letters数组对应
charch[5][5];//5X5矩阵
charch1[N];//密钥
charch2[N];//密文
intlen='a'-'A';
intflg=1;
cout<<"输入密钥：
";
cin>>ch1;
while（flg==1）
{
for（inti=0;i{if（ch1[i]>'z'||ch1[i]<'a'）
{
cout<<"请重新选择操作：
"<flg=0;break;
}
else
ch1[i]=ch1[i]-len;
}
if（flg==1）
{for（i=0;i{
if（ch1[i]=='J'）ch1[i]='I';
}
i=0;intj=0;
//把密钥中的字母填入到矩阵中，并把该字母标记为已用
for（intk=0;k{
for（intt=0;t<25;t++）
{
if（ch1[k]==letters[t]&&flag[t]==0）
{
ch[i][j]=letters[t];
flag[t]=1;
if（j<4）j++;
else{i++;j=0;}
}
}
}
for（k=0;k<25;k++）//按字母表顺序把未用字母依次填入到矩阵中
{
if（flag[k]==0）
{
ch[i][j]=letters[k];
flag[k]=1;
if（j<4）j++;
else{i++;j=0;}
}
}
cout<<"密钥填充后的矩阵为：
"<for（i=0;i<5;i++）
for（j=0;j<5;j++）
{
cout<cout<<"";
if（j==4）
cout<}
cout</////////////////////矩阵生成完毕////////////////////////////
intf=0;
do{
cout<<"请输入密文（英文字符）：
";
cin>>ch2;
for（intk=0;k{
if（ch2[k]>='a'）
ch2[k]=ch2[k]-len;
}
for（k=0;k{
if（ch2[k]=='J'）ch2[k]='I';
}
for（k=0;k{
if（ch2[k]==ch2[k+1]）
{
cout<<"同一分组中不能出现相同字符！
请重新输入。
"<f=1;
break;
}elsef=2;
}
if（f==1）continue;
if（strlen（ch2）%2!
=0）
{
cout<<"字符串不能为奇数个！
请重新输入。
"<f=1;
}
elsef=2;
}while（f==1）;
//解密开始
for（k=0;k{
intm1,m2,n1,n2;
for（m1=0;m1<=4;m1++）
{
for（n1=0;n1<=4;n1++）
{
if（ch2[k]==ch[m1][n1]）break;
}
if（ch2[k]==ch[m1][n1]）break;
}
for（m2=0;m2<=4;m2++）
{
for（n2=0;n2<=4;n2++）
{
if（ch2[k+1]==ch[m2][n2]）break;
}
if（ch2[k+1]==ch[m2][n2]）break;
}
m1=m1%5;
m2=m2%5;
if（n1>4）{n1=n1%5;m1=m1+1;}
if（n2>4）{n2=n2%5;m2=m2+1;}
if（m1==m2）
{ch2[k]=ch[m1][（n1+4）%5];
ch2[k+1]=ch[m2][（n2+4）%5];
}
else
{
if（n1==n2）
{
ch2[k]=ch[（m1+4）%5][n1];
ch2[k+1]=ch[（m2+4）%5][n2];
}
else
{
ch2[k]=ch[m1][n2];
ch2[k+1]=ch[m2][n1];
}
}
}
cout<<"解密后所得到的明文是：
";
for（k=0;kcout<cout<}
elsebreak;
}
}
2.实验结果
运行程序，通过调用函数执行一系列所需要的操作，程序运行正常，截图如下：
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