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，CD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：

datasecurityhasevolvedrapidly。

（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。

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。

图5-2-1

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。

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。

图5-2-3

单击“解密”按钮，得到明文如图5-2-4所示。

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AB为一组，CD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。

（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。

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。

（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。

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：

F12

15

11

1F

GA

][）

OF

07

07

04

K）2

53

15

44-

请计算它的

SubBytes

变换，以及经过SubBytes变换之后，再经过ShiftRows变换的

结果。

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DESAES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，CD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