现代密码学实验题目+代码.docx

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现代密码学实验题目+代码

实验报告

实验课程名称现代密码学

学院**年级**专业班*********

学生姓名*******学号********

开课时间200-至200-学年第二学期

总成绩

教师签名

实验项目

名称

实验一、古典密码（认识密码学）

成绩

一、实验目的

通过实现简单的古典密码算法，理解密码学的相关概念如明文（plaintext）、密文（ciphertext）、加密密钥（encryptionkey）、解密密钥（decryptionkey）、加密算法（encryptionalgorithm）、解密算法（decryptionalgorithm）等。

二、实验内容

1）用C\C++语言实现仿射变换（Affine）加/解密算法；2）用C\C++语言实现统计26个英文字母出现的频率的程序；3）利用仿射变换加/解密程序对一段较长的英文文章进行加密，再利用统计软件对明文和密文中字母出现的频率进行统计并作对比，观察有什么规律。

放射变换：

加密：

解密：

其中a,b为密钥，

，且gcd（a,26）=1

实验要求：

加/解密程序对任意满足条件的a、b都能够处理。

三、实验步骤

（1）统计26个英文字母出现的频率的程序

#include

usingnamespacestd;

voidmain（）{

ifstreamin（"a.txt"）;

vectors;

vectorn（26,0）;

for（inti=0;i<26;++i）

s.push_back（97+i）;

for（charx;in>>x;）

for（inti=0;i<26;++i）

if（int（x）==s[i]）{

n[i]++;}

floatsum=0.0;

for（intj=0;j<26;++j）

sum+=n[j];

cout<<"统计结果如下：

for（intk=0;k<26;++k）{

//n[k]=n[k]/sum;

cout<<''<

//cout<

}

（2）仿射变换加/解密程序对一段较长的英文文章进行加密

#include

usingnamespacestd;

//////////判断两个数是不是互素（辗转相除）////////

boolgcd（inta）{

intf=26,g,r;

g=a;

do{

r=f%g;

f=g;

g=r;

}while（r）;

if（f==1）

return1;

else

return0;

}

//////////////////求逆//////

intinv（inta）{

intx,i;

for（i=1;i<=30;++i）

if（（26*i+1）%a==0）

{

x=（26*i+1）/a;break;}

returnx;

}//////////////////////////////////////////////////////////

voidmain（）{

cout<<"请你选择操作密码的方式:

intz;

cin>>z;

if（z==0||z==1）

{

//////////////////////////////////////////

cout<<"请输入密钥a和b：

inta,b;

cin>>a>>b;

if（（a<1||a>25）||（b<0||b>25））

cout<<"a，b的输入范围有错！

else

if（gcd（a）==0）

cout<<"密钥a有误，与26不互素"<

else

{

if（z==0）////加密算法

{

ifstreamin（"a.txt"）;

ofstreamout（"b.txt"）;

vectors;

for（charx;in>>x;）

s.push_back（int（x））;

for（inti=0;i

{

s[i]=（a*（s[i]-97）+b）%26;

out<

}out<

明文请见“b.txt”"<

}

else////解密算法

{

ifstreamin（"b.txt"）;

ofstreamout（"a.txt"）;

vectors;

for（charx;in>>x;）

s.push_back（int（x））;

for（inti=0;i

{

s[i]=inv（a）*（s[i]-97-b+26）%26;

out<

}out<

密文请见“a.txt”"<

}

////////////////////////////////////////

}

else

cout<<"所选操作无效！

}

}四、实验结果及分析

该程序是对文件进行操作，结果如下：

（1）统计26个英文字母出现的频率的程序

（2）仿射变换加/解密程序对一段较长的英文文章进行加密

下面是文本内容：

实验项目

名称

实验二、流密码（认识LFSR及流密码）

成绩

一、实验目的

通过实现简单的线性反馈移位寄存器（LFSR），理解LFSR的工作原理、本原多项式重要意义。

二、实验内容

1）利用C\C++语言实现LFSR（其中LFSR已给定）；2）通过不同初始状态生成相应的序列，并观察他们的周期有什么特点；3）利用生成的序列对文本进行加/解密（按对应位作模2加运算）。

其中的LFSR为：

三、实验步骤

#include

usingnamespacestd;

voidmain（）

{

///下面是密钥的产生/////////////

inta[31]={1,1,0,0,1};

for（intk=5;k<31;++k）

a[k]=（a[k-2]+a[k-5]）%2;

cout<<"密钥如下:

for（intjj=0;jj<31;++jj）

cout<

//////////////////////

inti=0,key;

cout<<"请选择操作方式:

1-加密2-解密"<

cin>>key;

vectors,ss;

if（key==1||key==2）

{

if（key==1）

{cout<<"加密成功，密文见out.txt"<

ifstreamin（"in.txt"）;

ofstreamout（"out.txt"）;

charc;

while（in>>c）

{

intsum=0;

for（intj=0;j<8;++j）

sum+=pow（2,7-j）*a[（i+j）%31];

if（i+j>32）

i=（i+j-1）%31+1;

else

i=i+8;

s.push_back（（int（c））^sum）;

}

for（intkk=0;kk

{

out<

}

if（key==2）

{

cout<<"解密成功，明文见in.txt"<

ifstreamin（"out.txt"）;

ofstreamout（"in.txt"）;

charc;

while（in>>c）

{

intsum=0;

for（intj=0;j<8;++j）

sum+=pow（2,7-j）*a[（i+j）%31];

if（i+j>32）

i=（i+j-1）%31+1;

else

i=i+8;

s.push_back（（int（c））^sum）;

}

for（intkk=0;kk

{

out<

}

////////////

}

else

cout<<"操作无效！

}

四、实验结果及分析

在“in.txt”中输入如下内容：

实验结果如下：

得到密文“out.txt”如下：

实验项目

名称

实验三、流密码（生成非线性序列）

成绩

一、实验目的

以LFSR序列为基础，生成非线性序列，并利用该序列对文件进行加密、解密。

二、实验内容

1）利用C\C++实现Geffe序列生成器及J-K触发器；2）利用生成的非线性序列对文件进行加密、解密（按对应位作模2加运算）。

三、实验步骤

#include

usingnamespacestd;

//returnnextstate

unsignedcharfn_feedback（unsignedcharn,

unsignedcharc,

unsignedcharcurr_state）

{

unsignedchart=c&curr_state;

unsignedchars=t&（unsignedchar）128;//getfirstbit

for（inti=1;i

{

s=s^（（t<

}

return（unsignedchar）（（curr_state<<1）|（s>>（n-1）））;//returnnextstate

}

voidlfsr_output_byte（intn,

unsignedcharc,

unsignedcharinit_state,

unsignedcharoutput_bytes[],

intbyte_length）

{

unsignedcharnext_state=init_state;

for（inti=0;i

{

unsignedchartemp=（unsignedchar）0;

for（intj=0;j<8;j++）

{

temp=temp|（（next_state&（unsignedchar）128）>>j）;

next_state=fn_feedback（n,c,next_state）;

}

output_bytes[i]=temp;

}

//outputachartypeofdatainbinaryway

voidoutput_binary（unsignedcharc）

{

for（inti=0;i<8;i++）

{

if（（c<

cout<<"1";

else

cout<<"0";

}

voidGeffe（unsignedcharbuf[],

unsignedcharbuf1[],

unsignedcharbuf2[],

unsignedcharb[]）

{

for（inti=0;i<10;i++）

{

b[i]=buf[i]*buf1[i]+buf2[i]*buf1[i]+buf2[i];

output_binary（（unsignedchar）b[i]）;

}

voidJK（unsignedcharbuf[],unsignedcharbuf1[],unsignedcharc[]）

{

for（inti=1;i<11;i++）

{

c[i]=（buf[i]+buf1[i]+1）*c[i-1]+buf[i];

output_binary（（unsignedchar）c[i]）;

}

voidcypt（unsignedcharb[]）

{

unsignedcharcypher[10],cyph[10];

cout<<"inputthecyphertext:

cin>>cypher;

for（intj=0;cypher[j]!

='\0';j++）

{

cyph[j]=cypher[j]^b[j];

cout<

}

cout<

for（intk=0;k

{

cypher[k]=cyph[k]^b[k];

cout<

}

cout<

}

intmain（intargc,char*argv[]）

{

unsignedcharbuf[10],buf1[10],buf2[10],b[100],c[100];

//函数f初始状态152

lfsr_output_byte（5,（unsignedchar）144,（unsignedchar）152,buf,10）;

lfsr_output_byte（5,（unsignedchar）44,（unsignedchar）152,buf1,10）;

lfsr_output_byte（5,（unsignedchar）24,（unsignedchar）152,buf2,10）;

Geffe（buf,buf1,buf2,b）;

c[0]=0;

JK（buf,buf1,c）;

cout<

cout<<"Geffeoperate:

cypt（b）;

cout<

cout<<"J-Koperate:

cypt（c）;

return0;

}

四、实验结果及分析

实验项目

名称

实验四、DES算法的实现

成绩

一、实验目的

通过实现DES算法，加深对DES算法的理解，同时学习组合密码常用的代换、移位等运算的实现。

二、实验内容

1）利用C\C++实现DES算法的加、解密运算。

三、实验步骤

定义头文件：

yxyDES.h

#ifndefyxyDESH

#defineyxyDESH

#include

usingnamespacestd;

classyxyDES

{

public:

yxyDES（）;

~yxyDES（）;

voidInitializeKey（string）;

voidEncryptData（string）;

voidDecryptData（string）;

voidEncryptAnyLength（string）;

voidDecryptAnyLength（string）;

voidSetCiphertext（char*value）;

char*GetCiphertext（）;

voidSetPlaintext（char*value）;

char*GetPlaintext（）;

char*GetCiphertextAnyLength（）;

char*GetPlaintextAnyLength（）;

private:

charSubKeys[16][48];

charszCiphertext[16];

charszPlaintext[8];

charszFCiphertextAnyLength[8192];

charszFPlaintextAnyLength[4096];

voidCreateSubKey（char*）;

voidFunctionF（char*,char*,int）;

voidInitialPermuteData（string,char*,bool）;

voidExpansionR（char*,char*）;

voidXOR（char*,char*,int,char*）;

stringCompressFuncS（char*）;

voidPermutationP（string,char*）;

stringFillToEightBits（string）;

voidCleanPlaintextMark（）;

stringHexCharToBinary（char）;

stringHexIntToBinary（int）;

stringBinaryToString（char*,int,bool）;

intSingleCharToBinary（char）;

charSingleBinaryToChar（int）;

};

#endif

构造主文件：

#pragmahdrstop

#include"yxyDES.h"

//---------------------------------------------------------------------------

#pragmapackage（smart_init）

//permutedchoicetable（PC1）

conststaticintPC1_Table[56]={

57,49,41,33,25,17,9,1,58,50,42,34,26,18,

10,2,59,51,43,35,27,19,11,3,60,52,44,36,

63,55,47,39,31,23,15,7,62,54,46,38,30,22,

14,6,61,53,45,37,29,21,13,5,28,20,12,4

};

//permutedchoicekey（PC2）

conststaticintPC2_Table[48]={

14,17,11,24,1,5,3,28,15,6,21,10,

23,19,12,4,26,8,16,7,27,20,13,2,

41,52,31,37,47,55,30,40,51,45,33,48,

44,49,39,56,34,53,46,42,50,36,29,32

};

//numberleftrotationsofpc1

conststaticintShift_Table[16]={

1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1

};

//initialpermutation（IP）

conststaticintIP_Table[64]={

58,50,42,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,

62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,

57,49,41,33,25,17,9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,

61,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7

};

//expansionoperationmatrix（E）

staticconstintE_Table[48]={

32,1,2,3,4,5,4,5,6,7,8,9,

8,9,10,11,12,13,12,13,14,15,16,17,

16,17,18,19,20,21,20,21,22,23,24,25,

24,25,26,27,28,29,28,29,30,31,32,1

};

//The（in）famousS-boxes

conststaticintS_Box[8][4][16]={

//S1

14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7,

0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8,

4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0,

15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13,

//S2

15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10,

3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5,

0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15,

13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,

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