密码学实验.docx
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密码学实验
专
班
姓
学
《密码学与信息安全》实验报告
业
级
名
号
2015年6月5日
实验一古典密码实验
1实验目的
1•理解代替密码学加密过程
2•理解置换密码学加密过程
2实验内容
1.手动完成Caesar密码
2.Caesar加密
3.Caesar密码分析
4.单表置换密码
5.单表置换密码分析
3实验过程
本练习主机A、B为一组，C、D为一组，E、F为一组。
首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。
1.手动完成Caesar密码
（1）在实验原理部分我们已经了解了Caesar密码的基本原理，那么请同学们写出当密
钥k=j时，对应明文：
datasecurityhasevolvedrapidly的密文：
datasecurityhasevolved
rapidly。
（2）进入实验平台，单击工具栏中的“密码工具”按钮，启动密码工具，在向导区点
击“Caesar密码”。
在明文输入区输入明文：
datasecurityhasevolvedrapidly。
将密钥k
调节到3，查看相应的密文，并与你手动加密的密文进行比较。
请根据密钥验证密文与明文对应关系是否正确。
2.Caesar加密
（1）进入“加密解密”丨“Caesar密码”视图，在明文输入区输入明文（明文应为英文）,单击“加密”按钮进行加密。
请将明文记录在这里：
Iamastident。
（2）调节密钥k的微调按钮或者对照表的移位按钮，选择合适的密钥k值，并记下该
密钥k值用于同组主机的解密。
加密工作完成后，单击“导出”按钮将密文默认导出到
Caesar共享文件夹（D:
\Work\Encryption\Caesar\）中，默认文件名为Caesar密文.txt。
（3）通知同组主机接收密文，并将密钥k通告给同组主机。
6
4）单击“导入”按钮，进入同组主机Work\Encryption'Caesar目录（同组主机
IP\Work\Encryption'Caesar）,打开Caesar密文.txt。
（5）调节密钥k的微调按钮或对照表的移位按钮，将k设为同组主机加密时的密钥k
值，这时解密已经成功。
请将明文写出：
Iamastident。
（6）将解密后的明文与同组主机记录的明文比较，请对比明文是否相同。
3.Caesar密码分析
（1）本机进入“密码工具”丨“加密解密”丨“Caesar密码”，在明文输入区输入明文
（要求明文有一定的意义以便让同组主机分析）。
请将明文记录在这里：
Iamastident。
（2）调节密钥k的微调按钮或者对照表的移位按钮，选择合适的密钥k值完成Caesar
加密，单击“导出”按钮，将密文默认导出到Caesar共享文件夹中。
（3）通告同组主机（不要通告密钥值k）密文已经放在共享文件夹中，让同组主机获取密文。
（4）单击“导入”按钮将同组主机Caesar密文导入。
（5）调节密钥k的微调按钮或者对照表的移位按钮来调节密钥，从而进行密码分析（平均13次，最坏26次破解）。
请将破解出的明文和密钥记录在这里：
密钥k=_6_。
明文Iamastident。
（6）将破解后的密钥和明文与同组主机记录的密钥和明文比较。
如果不同请调节密钥
k继续破解。
4.单表置换密码
（1）单击“密码工具”按钮，进入“加密解密”丨“单表置换”丨“加密/解密”视图，
与同组主机协商好一个密钥词组k=iamastudent.
（2）根据“单表置换”实验原理计算出置换表。
（3）计算完成置换表以后，在明文输入区输入明文，单击“加密”按钮用置换表的对
应关系对明文进行加密，加密完成后，单击“导出”按钮，将密文导出到SingleTable
共享目录中，并通告同组主机获取密文。
请将明文记录在这里：
datasecurityhasevolvedrapidly。
（4）单击“导入”按钮将同组主机单表置换密文导入，根据同组主机置换表完成本机置换表，单击“解密”按钮对密文进行解密。
（5）本机将解密后的明文与同组主机记录的明文对照，如果双方的明文一致，则说明
实验成功，否则说明本机或同组主机的置换表计算错误。
密钥词蛆：
卜妙■Z.nt[—摘—i—]|—厉―若—
畳换表
■datasecurityhasevolvedrapidly
5.单表置换密码分析
（1）图5-2-1是由统计学得出的英文字母相对频率表。
由图5-2-1可以看出，英文字母E出现的频率最高，而J和Z出现的频率最低，这样，就可以通过英文字母出现的频率大致上判定单表置换密码的置换表，从而得到明文。
（2）本机进入“密码工具”丨“加密解密”丨“单表置换”丨“密码分析”页面，单
击“导入”按钮，将密文“单表置换密码分析密文.txt”导入，单击“统计”按钮，统
计密文中每个字母出现的频率，回答下列问题：
在密文中出现频率最高的字母是A
与上表比较，它可能是由字母E置换的。
（3）置换表组框中点击“解密”按钮，这时将得到一个明文。
然而此时的明文并不是
最终要得到的，可以通过明文的特征和各个字母的比例来调节置换表中的对应关系，从
而得到正确的明文。
例如，明文第一段和置换表如图5-2-2所示。
Iirdtu
Tilrlfort£«rywiinihhtr«ih«i«tvilidttk
fn1a114pnhvinirSo*did*'rtlrnfrotnone*dta,did*rmisoo«ivtpimfiyiciq«irirro
Jb"nlfor$號pnjrcdg«iroMl最
abcdef图5-2-2
根据明文我们可猜测图中画线的单词“soedlda'r”应该为“shedidn't”。
首先在置换
表中找到明文小写字母o对应的密文大写字母E，然后改变置换表，使猜测的h对应E,
依此类推则i对应F,n对应M,t对应T,变换后的置换表如图5-2-3所示。
f『if莎［T『卩冋門尸rfFLEirrrrrrrrr
图5-2-3
TbtHldr口
TsielCh*lF・inmdpuvtlth.«l.Sh*4it*rIrauIhin.fLktftktctutd*山血气・rdxavrp*a（l^hhau图5-2-4
依此类推便可以得到明文，请根据你的置换表填写表5-2-1。
a
b
c
d
e
f
g
h
i
j
k
l
m
C
H
I
N
A
B
D
E
N
G
J
K
L
n
o
p
q
r
s
t
u
v
w
x
y
z
M
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
4结论
古典密码算法曾经被广泛应用，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。
古典密码学可以分为代替密码（也叫做移位密码）和置换密码（也叫做换位密码）两种，其中代替密码典型的有Caesar密码，数乘密码和仿射变换等，置换密码有单表置换和多表置换等。
实验二分组密码实验
1实验目的
1•理解对称加密算法的原理和特点
2•理解DES算法的加密原理
3理解AES算法的加密原理
2实验内容
1.DES加密解密
2.DES算法
3.AES加密解密
4.AES算法
3实验过程
本练习主机A、B为一组，C、D为一组，E、F为一组。
首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。
1.DES加密解密
（1）本机进入“密码工具”丨“加密解密”丨“DES加密算法”丨“加密/解密”页签,
在明文输入区输入明文：
iamastudent,youareapig。
（2）在密钥窗口输入8（64位）个字符的密钥k，密钥k=students。
单击“加密”按
钮，将密文导出到DES文件夹（）中，通告同组主机获取密文，并
将密钥k告诉同组主机。
时位窖钥：
［students|加密解
i匝也student,youare*pig
—密文
CF6mFE0EB89C0298D65*5EF3FllSAEBFSSaSDTSEBODSBCFlSSeCSeiIE41305
（3）单击“导入”按钮，从同组主机的的DES共享文件夹中将密文导入，然后在密钥
窗口输入被同组主机通告的密钥k，点击“解密”按钮进行DES解密。
（4）将破解后的明文与同组主机记录的明文比较。
2.DES算法
本机进入“密码工具”丨“加密解密”丨“DES加密算法”丨“演示”页签，向64位明
文中输入8个字符（8*8bit=64）,向64位密钥中输入8个字符（8*8bit=64）。
点击“加密”按钮。
完成加密操作，分别点击“初始置换”、“密钥生成演示”、“十六轮加密变换”和“终结置换”按钮，查看初始置换、密钥生成演示、十六轮加密变换和终结置换的详细加密操作流程。
加書演示
厂加密过程
初站迓換
十六轮加密变换
密钥生成演示
认位巒文【16■谖制）：
|^2C7ASL72t>l9646
3.AES加密解密
（1）本机进入“密码工具”丨“加密解密”丨“AES加密算法”丨“加密/解密”页签，
在明文输入区输入明文：
iamastudent,youareapig。
（2）在密钥窗口输入16（128位）个字符的密钥k,要记住这个密钥以用于解密，密
钥k=ilikechinesebest。
单击“加密”按钮，将密文导出到AES文件夹（）中，通告同组主机获取密文，并将密钥k告诉同组主机。
12E位誉钥：
iliktchifttSibsst力口症解窗
明文
iam知student^youareapig
2J
6264JM586B8C248A04*££DE38F8D892BL2®raDFF6CFF24935Ffi6AB9800T7COD
导入导出
（3）单击“导入”按钮，从同组主机的AES共享文件夹中将密文导入，然后在密钥窗
口输入被同组主机通告的密钥k,点击“解密”按钮进行AES解密。
（4）将破解后的明文与同组主机记录的明文比较。
4.AES算法
进入“密码工具”丨“加密解密”丨“AES加密算法”丨“演示”页签。
输入128位
明文与密钥，执行加密操作，查看各演示模块。
明丈
|ilikechines皂best
fghijklmiiLop
初始变换
g轮送代
密钥扩展
悽后变換
1前位密文（16进制）|&1D6B79B41351EDD8279F81138CEA162
根据实验原理中对AES加密算法的SubBytes变换和ShiftRows变换的介绍，对于以下给出的状态矩阵：
rl2
15
11
IT
IF
DE
OA
ID
OF
07
07
D4
-02
53
15
44-
请计算它的SubBytes变换，以及经过SubBytes变换之后，再经过果。
ShiftRows变换的结
C9
59
82
FD
CO
AB
57
M
76
C5
05
n
11
ED
59
IB
C9
59
82
FO
AB
67
A4
CO
C5
F2
76
C5
IB
77
ED
53
4结论
对称密钥加密机制即对称密码体系，也称为单钥密码体系和传统密码体系。
对称密码体系通常分为两大类，一类是分组密码（如DES、AES算法）,另一类
是序列密码（如RC4算法）。
实验三公钥密码实验
1实验目的
1•了解非对称加密机制
2•理解RSA算法的加密原理
3•理解ELGamal算法的加密原理
2实验内容
1.RSA生成公私钥及加密解密过程演示
2.RSA加密解密
3.ELGamal生成公钥及加密解密过程演示
4.ELGamal加密解密
3实验过程
本练习主机A、B为一组，C、D为一组，E、F为一组。
首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。
1.RSA生成公私钥及加密解密过程演示
（1）本机进入“密码工具”丨“加密解密”丨“RSA加密算法”丨“公私钥”页签，在生成公私钥区输入素数p和素数q，这里要求p和q不能相等（因为很容易开平方求
出p与q的值）并且p与q的乘积也不能小于127（因为小于127不能包括所有的ASCII码，导致加密失败），你选用的素数p与q分别是：
p=53;q=67。
（2）单击“随机选取正整数e”下拉按钮，随机选取e,e=1099。
（3）单击“生成公私钥”按钮生成公私钥，记录下公钥（1099,3551）,私钥（1627,3551）。
（4）在公私钥生成演示区中输入素数p=_53_和素数q=67，还有正整数e=1099。
单击“开始演示”按钮查看结果，填写表3-1-1。
表3-1-1公私钥生成演示结果
私钥d
1627
私钥n
3551
公钥e
1099
公钥n
3551
（5）在加/解密演示区中输入明文m=2255，公钥n=3551（m单击“加密演示”按钮，查看RSA加密过程，然后记录得到的密文c=2402。
（6）在密文c编辑框输入刚刚得到的密文，分别输入私钥n=3551，私钥d=1627,
点击“解密演示”按钮，查看RSA解密过程，然后记录得到的明文m=2255。
（7）比较解密后的明文与原来的明文是否一致。
根据实验原理中对RSA加密算法的介绍，当素数p=13，素数q=17，正整数e=143时,
写出RSA私钥的生成过程:
当公钥e=143时，写出对明文m=40的加密过程（加密过程计算量比较大，请使用密码
工具的RSA工具进行计算）
明文m：
I40
143
公钥n:
匡厂
匚二^>c=]i€modn40
（mod融1
）=宪文c:
[105
公炼：
|1«
利用生成的私钥
d，对生成的密文进行解密：
47
秋钥n：
2Z1
i=^>m=cdmodn|105
（nod隧L
）=明文■:
粘钥山|4
RSA加密解密
（1）本机在生成公私钥区输入素数p和素数q,这里要求p和q不能相等，并且p与q的乘积也不能小于127，记录你输入的素数，p=23，q=19。
（2）点击“随机选取正整数e:
”下拉按钮，选择正整数e,e=149。
（3）点击“生成公私钥”按钮生成公私钥，记录下公钥e=149，n=437;私
钥d=101，n=437。
将自己的公钥通告给同组主机。
（4）本机进入“加密/解密”页签，在“公钥e部分”和“公钥n部分”输入同组主机的公钥，在明文输入区输入明文：
112233445566。
单击“加密”按钮对明文进行加密，单击“导出”按钮将密文导出到RSA共享文
件夹（）中，通告同组主机获取密文
292,292,255,255,337,337,219,219,249,249,289,289。
（5）进入“加密/解密”页签，单击“导入”按钮，从同组主机的RSA共享文件夹中
将密文导入，点击“解密”按钮，切换到解密模式，在“私钥d部分”和“私钥
n部分”输入自己的私钥，再次点击“解密”按钮进行RSA解密。
（6）将破解后的明文与同组主机记录的明文比较。
ELGamal生成公钥及加密解密过程演示
（1）本机进入“密码工具”丨“加密解密”丨“ELGamal加密算法”丨“公钥”页签，
输入素数p，这里要求p不能小于127,记录你输入的素数p=163。
单击“本原元素g”下拉按钮，选择本原元素g=159。
输入私钥X，X在区间［0,p）上，记录下私钥用于解密，x=155_。
点击“生成公钥”按钮生成公钥，记录下公钥y130。
（2）在公钥生成演示区中输入素数p=，本原元素g=」59，私钥x=全5_。
单击“开始演示”按钮查看ELGamal算法生成公钥过程，记录下公钥v=130。
（3）在加密演示区中输入明文m=，素数p=，本原元素g=159，公钥y，
和随机数x=155。
单击“开始演示”按钮，查看ELGamal加密过程，记录密文6=130，C2=101。
（4）在解密演示区中输入刚刚得到的密文C1和C2,输入素数p=盘3-，私钥x=d55_。
单击“开始演示”按钮，查看ELGamal解密过程，记录得到的明文m=111。
根据实验原理中对ELGamal加密算法的介绍，当素数P=311，本原元素g=136，私钥
X=3时，写出ElGamal公钥的生成过程：
素数p；［3H
3厂
本原元耒即|136
y=gx>odp=|136
mod|3H
i=>=可
私钥富［3
利用生成的公钥，写出对明文m=40,随机数x=2的加密过程:
■__
modp-（mod何^）=怦。
$=（kxmjjnodp=（X）mod网=R
利用私钥X=3,对生成的密文进行解密，请写出解密过程:
=pea
乂4）modpil明文砧阿
k=（Ci）xmodp=|l4T
m-Ot-Ixc!
）modp-（|10
四.ELGamal加密解密
（1）本机进入“密码工具”丨“加密解密”丨“ELGamal加密算法”丨“公钥”页签，
输入素数p，这里要求p不能小于127,记录你输入的素数p=163。
单击“本原元素g”下拉按钮，选择本原元素g=159。
输入私钥X,X在区间［0,p）上，记录下私钥用于解密，私钥X=6_。
单击“生成公钥”按钮生成公钥，记录下公钥丫=红。
将自己的公钥通告给同组主机。
（2）进入“加密”页面，将同组主机的系统素数、本原元素和公钥输入，再选择一个
随机数x输入（0在明文输入区输入明文：
112233445566。
加密后将密文导出到ELGamal共享文件夹（）中，通告同
组主机获取密文。
c1:
10.
c2:
81,81,76,76,71,71,66,66,61,61,56,56
（3）本机进入“解密”页签，单击“导入”按钮，从同组主机的ELGamal共享文件夹中将密文导入，输入自己的“系统素数P”和“私钥X”，点击“解密”按钮进行ELGamal解密。
（4）将破解后的明文与同组主机记录的明文比较。
4结论
所谓非对称密钥加密是指每个实体都有自己的公钥和私钥两个密钥，用其中
的一个密钥对明文进行加密，都只能用另一个密钥才能解开，并且从其中的一个密钥推导出另一个密钥在计算上都是困难的。
非对称密码算法解决了对称密码体
制中密钥管理的难题，并提供了对信息发送人的身份进行验证的手段，是现代密
码学最重要的发明。
实验四Hash函数实验
1实验目的
1•理解Hash函数的计算原理和特点
2•理解MD5算法原理
3•理解SHA1函数的计算原理和特点
4理解SHA1算法原理
2实验内容
1.MD5生成文件摘要
2.MD5算法
3.SHA1生成文件摘要
4.SHA1算法
3实验过程
本练习主机A、B为一组，C、D为一组，E、F为一组。
首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。
1.MD5生成文件摘要
（1）本机进入“密码工具”丨“加密解密”丨“MD5哈希函数”丨“生成摘要”页签，
在明文框中编辑文本内容：
iamastudent。
单击“生成摘要”按钮，生成文本摘要：
3C8A430925A238D7EE931D9A05821E3AD6F8592A。
单击“导出”按钮，将摘要导出到MD5共享文件夹（）中，
并通告同组主机获取摘要。
（2）单击“导入摘要”按钮，从同组主机的MD5共享文件夹中将摘要导入。
在文本框中输入同组主机编辑过的文本内容，单击“生成摘要”按钮，将新生成的摘要
与导入的摘要进行比较，验证相同文本会产生相同的摘要。
（3）对同组主机编辑过的文本内容做很小的改动，再次生成摘要，与导入的摘要进行对比，验证MD5算法的抗修改性。
2.MD5算法
本机进入“密码工具”丨“加密解密”丨“MD5哈希函数”丨“演示”页签，在明文输
入区输入文本（文本不能超过48个字符），单击“开始演示”，查看各模块数据及算法流程。
根据实验原理中对MD5算法的介绍，如果链接变量的值分别为（其中，M[1]=31323334）:
A:
2B480E7C
B:
DAEAB5EF
C:
2E87BDD9
D:
91D9BEE8
请写出第2轮第1步的运算过程以及经过运算后的链接变量。
3.SHA1生成文件摘要
（1）本机进入“密码工具”丨“加密解密”丨“SHA1哈希函数”丨“生成摘要”页
面，在明文框中编辑文本内容：
。
单击“生成摘要”按钮，生成文本摘要：
。
单击“导出”按钮，将摘要导出到SHA1共享文件夹（）中，
并通告同组主机获取摘要。
（2）单击“导入”按钮，从同组主机的SHA1共享文件夹中将摘要导入。
在文本框中输入同组主机编辑过的文本内容，单击“生成摘要”按钮，将新生成的摘要
与导入的摘要进行比较，验证相同文本会产生相同的摘要。
（3）对同组主机编辑过的文本内容做很小的改动，再次生成摘要，与导入的摘要进行对比，验证SHA1算法的抗修改性。
4.SHA1算法
本机进入“密码工具”丨“加密解密”丨“SHA1哈希函数”丨“演示”页签，在明文输
入区输入文本（文本不能超过48个字符），单击“开始演示”，查看各模块数据及算法流程。
根据实验原理中对SHA1算法的介绍，如果链接变量的值分别为（其中，M[1]=
E7CBEB94）:
A:
39669B34
B:
61E7F48C
C:
C04BD57B
D:
8279FF1E
E:
4E85FC91
请写出第21步的运算过程以及经过运算后的链接变量。
4结论
信息安全的核心技术是应用密码技术。
密码技术的应用远不止局限于提供机密性服务，密码技
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