密码学实验.docx
《密码学实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《密码学实验.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
密码学实验
《密码学与信息安全》实验报告
专业
班级
姓名
学号
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〕在实验原理局部我们已经了解了Caesar密码的根本原理，那么请同学们写出当密钥k=3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展比拟。
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〞｜“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〞按钮进展加密。
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，选择适宜的密钥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〔\\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拟，请比照明文是否一样。
3．Caesar密码分析
〔1〕本机进入“密码工具〞｜“加密解密〞｜“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，选择适宜的密钥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，从而进展密码分析〔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拟。
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〞｜“单表置换〞｜“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展加密，加密完成后，单击“导出〞按钮，将密文导出到SingleTable共享中，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本钱机置换表，单击“解密〞按钮对密文进展解密。
〔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，如此说明实验成功，否如此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〞｜“加密解密〞｜“单表置换〞｜“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，回答如下问题：
在密文中出现频率最高的字母是A
与上表比拟，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
根据明文我们可猜想图中画线的单词“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，使猜想的h对应E，依此类推如此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。
4结论
古典密码算法曾经被广泛应用，大都比拟简单，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〞｜“加密解密〞｜“DES加密算法〞｜“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〔D:
\Work\Encryption\DES\〕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〞按钮进展DES解密。
〔4〕将破解后的明文与同组主机记录的明文比拟。
2．DES算法
本机进入“密码工具〞｜“加密解密〞｜“DES加密算法〞｜“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〞｜“加密解密〞｜“AES加密算法〞｜“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〔D:
\Work\Encryption\AES\〕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〞按钮进展AES解密。
〔4〕将破解后的明文与同组主机记录的明文比拟。
4．AES算法
进入“密码工具〞｜“加密解密〞｜“AES加密算法〞｜“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：
请计算它的SubBytes变换，以与经过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生成公私钥与加密解密过程演示
2．RSA加密解密
3．ELGamal生成公钥与加密解密过程演示
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。
一．RSA生成公私钥与加密解密过程演示
〔1〕本机进入“密码工具〞｜“加密解密〞｜“RSA加密算法〞｜“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〕比拟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〔加密过程计算量比拟大，请使用密码工具的RSA工具进展计算〕：
利用生成的私钥d，对生成的密文进展解密：
二．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局部〞和“公钥n局部〞输入同组主机的公钥，在明文输入区输入明文：
。
单击“加密〞按钮对明文进展加密，单击“导出〞按钮将密文导出到RSA共享文件夹〔D:
\Work\Encryption\RSA\〕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局部〞和“私钥n局部〞输入自己的私钥，再次点击“解密〞按钮进展RSA解密。
〔6〕将破解后的明文与同组主机记录的明文比拟。
三．ELGamal生成公钥与加密解密过程演示
〔1〕本机进入“密码工具〞｜“加密解密〞｜“ELGamal加密算法〞｜“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y=130。
〔2〕在公钥生成演示区中输入素数p=163,本原元素g=159，私钥x=155。
单击“开始演示〞按钮查看ELGamal算法生成公钥过程，记录下公钥y=130。
〔3〕在加密演示区中输入明文m=111，素数p=163，本原元素g=159，公钥y=130，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C1=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=163，私钥x=155。
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：
利用生成的公钥，写出对明文m=40，随机数x=2的加密过程：
利用私钥X=3,对生成的密文进展解密，请写出解密过程：
四．ELGamal加密解密
〔1〕本机进入“密码工具〞｜“加密解密〞｜“ELGamal加密算法〞｜“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Y=21。
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：
。
加密后将密文导出到ELGamal共享文件夹〔D:
\Work\Encryption\ELGamal\〕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〞按钮进展ELGamal解密。
〔4〕将破解后的明文与同组主机记录的明文比拟。
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展加密，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展验证的，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。
一．MD5生成文件摘要
〔1〕本机进入“密码工具〞｜“加密解密〞｜“MD5哈希函数〞｜“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〔D:
\Work\Encryption\MD5\〕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展比拟，验证一样文本会产生一样的摘要。
〔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，与导入的摘要进展比照，验证MD5算法的抗修改性。
二．MD5算法
本机进入“密码工具〞｜“加密解密〞｜“MD5哈希函数〞｜“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〞，查看各模块数据与算法流程。
根据实验原理中对MD5算法的介绍，如果变量的值分别为〔其中，M[1]=31323334〕：
A:
2B480E7C
B:
DAEAB5EF
C:
2E87BDD9
D:
91D9BEE8
请写出第2轮第1步的运算过程以与经过运算后的变量。
三．SHA1生成文件摘要
〔1〕本机进入“密码工具〞｜“加密解密〞｜“SHA1哈希函数〞｜“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〔D:
\Work\Encryption\SHA1\〕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展比拟，验证一样文本会产生一样的摘要。
〔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，与导入的摘要进展比照，验证SHA1算法的抗修改性。
四．SHA1算法
本机进入“密码工具〞｜“加密解密〞｜“SHA1哈希函数〞｜“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〞，查看各模块数据与算法流程。
根据实验原理中对SHA1算法的介绍，如果变量的值分别为〔其中，M[1]=E7CBEB94〕：
A:
39669B34
B:
61E7F48C
C:
C04BD57B
D:
8279FF1E
E:
4E85FC91
请写出第21步的运算过程以与经过运算后的变量。
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某某性服务，密码技术也提供数据完整性服务。
密码学上的散列函数（HashFunctions）就是能提供数据完整性保障的一个重要工具。
实验五数字签名实验
1实验目的
1.掌握安全通信中常用的加密算法
2.掌握数字签名过程
3.掌握安全文件传输根本步骤
4.学会利用PGP工具实现安全通信
5.理解安全通信实现过程
2实验内容
1．手动实现信息的安全传输
2．实验操作步骤设计
3．PGP安全通信
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。
一．手动实现信息的安全传输
说明：
实验应采用对称加密算法、非对称加密算法和哈希算法相结合的方式，通过使用密码工具实现信息的安全传输。
以终端A为发送方，终端B为接收方为例，实现流程大致应如下。
终端A操作
与终端B预先协商好通信过程中所使用到的对称加密算法、非对称加密算法和哈希函数；
采用对称加密算法〔密钥称之为会话密钥〕对传输信息进展加密得到密文，确保传输信息的某某性；
使用终端B的公钥对会话密钥进展加密，确保传输信息的某某性以与信息接收方的不可否认性；
采用哈希函数〔生成文件摘要〕确保传输信息的完整性，并使用自己的私钥对文件摘要进展签名〔得到数字签名〕，确保信息发送方的不可否认性；
将密文、加密后的会话密钥和数字签名打包封装〔放到一起〕后，通过网络传输给终端B。
终端B操作：
与终端A预先已协商好通信过程中所使用到的对称加密算法、非对称加密算法和哈希函数；
使用自己的私钥对终端A加密的会话密钥进展解密，得到准会话密钥；
使用准会话密钥对得到的密文进展解密，得到准明文；
使用终端A的公钥对得到的数字签名进展签名验证，得到准明文摘要；
使用哈希函数计算得到准明文摘要；
将计算得到的摘要与准明文摘要进展比拟，假如一样如此明确文件安全传输成功。
要求：
实验同组主机根据实验流程自行设计实验操作步骤，最终实现文件安全传输。
二．实验操作步骤设计
请详细描述你所设计的实验步骤。
终端A操作
（1）与终端B预先协商好通信过程中所使用到的对称加密算法、非对称加密算法和哈希函数；对称加密算法:
DES
非对称加密:
RSA
哈希函数:
SHA1
（2）采用对称加密算法〔密钥称之为会话密钥〕对传输信息进展加密得到密文，确保传输信息的某某性；
（3）使用终端B的公钥对会话密钥进展加密，确保传输信息的某某性以与信息接收方的不可否认性；
（4）采用哈希函数〔生成文件摘要〕确保传输信息的完整性，并使用自己的私钥对文件摘要进展签名〔得到数字签名〕，确保信息发送方的不可否认性；
（5）将密文、加密后的会话密钥和数字签名打包封装〔放到一起〕后，通过网络传输给终端B。
密文：
FC5D0043B5C83431
会话密钥：
171
数字签名：
〔171，107〕
终端B操作：
（1）与终端A预先已协商好通信过程中所使用到的对称加密算法、非对称加密算法和哈希函数；
对称加密算法:
DES
非对称加密:
RSA
哈希函数:
SHA1
（2）使用自己的私钥对终端A加密的会话密钥进展解密，得到准会话密钥
（3）使用准会话密钥对得到的密文进展解密，得到准明文；
（4）使用终端A的公钥对得到的数字签名进展签名验证，得到准明文摘要；
使用哈希函数计算得到准明文摘要；
将计算得到的摘要与准明文摘要进展比拟，假如一样如此明确文件安全传输成功。
三．PGP安全通信
说明：
实验应用PGP工具实现信息的安全通信，其实现流程为：
本机首先生成公私钥对，并导出公钥给同组主机；在收到同组主机的公钥后将其导入到本机中，并利用其对文件进展加密；将加密后的密文传回给同组主机，本机利用自己的私钥对来自同组主机的密文进展解密。
要求：
应用PGP工具过程中所使用的用户名均为userGX格式，其中G为组编号〔1-32〕，X为主机编号（A-F），如第2组主机D，其使用的用户名应为user2D。
1．生成公钥
〔1〕本机单击实验平台“GnuPG〞工具按钮，进入工作，键入命令：
gpg--gen-key开始生成公私钥对。
期间gpg会依次询问如下信息：
欲产生密钥种类〔默认选择1〕
密钥大小〔默认大小2048字节〕
密钥有效期限〔默认选择0—永不过期〕
确定上述输入后进入步骤〔2〕操作。
〔2〕生成用户标识，期间gpg会依次询问如下信息：
升级会员 