密码学加密算法（未删节版第一部分：古典密码密码）

夜猫酱

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2011-5-20 19:33 上传

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这是夜猫学校的密码学的实验    用ISES实验平台实现。我完成后整理了如下的实验报告 希望加深大家对古典密码的认识。

古典密码实验
       
       
       
【实验环境】
        ISES客户端
        Microsoft CLR Debugger 2005或其它调试器
       
【实验内容】
        通过运算器工具实现移位密码、乘法密码、仿射密码、Playfair密码和维吉尼亚密码等算法的加解密
        对各个算法的加解密进行扩展实验和算法跟踪
       
【实验原理】
        代换密码体制的一般定义为M=C=K=Z26，其中M为明文空间、C为密文空间、K为密钥空间、Z26为26个整数(对应26个英文字母)组成的空间；要求26个字母与模26的剩余类集合{0,1,2,…,25}建立一一对应的关系。

移位密码
        移位密码的加密实现上就是将26个英文字母向后循环移动k位，其加解密可分别表示为：
        c=Ek(m)=m+k(mod 26)
        m=Dk(c)=c-k(mod 26)
        其中，m、c、k是满足0≤m,c,k≤25的整数。
乘法密码
        乘法密码是通过对字母等间隔抽取以获得密文，其加解密可分别表示如下：
        c=mk(mod 26)
        m=ck-1(mod26)
        其中，m、c、k是满足0≤m,c,k≤25，且gcd(k,26)=1的整数。
仿射密码
        仿射密码的加密是一个线性变换，将移位密码和乘法密码相结合，其加解密可分别表示为：
        c=Ea,b(m)=am+b(mod 26)
        m=Da,b(m)=a-1(c-b)(mod 26)
        其中：a、b是密钥，是满足0≤a,b≤25和gcd(a,26)=1的整数，即a和26互素；a-1表示a的逆元，即a-1•a≡1 mod 26。

Playfair密码
        Playfair是一个人工对称加密技术，由Charles Wheatstone在1854年发明，得名于其推广者Lord Playfair。Playfair密码是一种著名的双字母单表替代密码，实际上Playfair密码属于一种多字母替代密码，它将明文中的双字母作为一个单元对待，并将这些单元转换为密文字母组合。Playfair密码基于一个5×5的字母矩阵，该矩阵通过使用一个英文短语或单词串即密钥来构造，去掉密钥中重复的字母得到一个无重复字母的字符串，然后再将字母表中剩下的字母依次从左到右、从上往下填入矩阵中。
        例如，若密钥为“playfair is a digram cipher”，去除重复字母后，得到有效密钥“playfirsdgmche”，可得字母矩阵如图1.1.11所示。

图1.1.11
        注意：字母I，J占同一个位置。
        设明文字母对为(P1，P2)，Playfair密码的加密算法如下：
若P1、P2在同一行，密文C1、C2分别是紧靠P1、P2右端的字母，其中第一列被看作是最后一列的右方(解密时反向)；
若P1、P2在同一列，密文C1、C2分别是紧靠P1、P2下方的字母，其中第一行被看作是最后一行的下方(解密时反向)；
若P1、P2不在同一行，也不在同一列，则C1、C2是由P1、P2确定的矩形其它两角的字母，且C1和P1在同一行，C2和P2在同一行(解密时处理方法相同)；
若P1＝P2，则两个字母间插入一个预先约定的字母，如q，并用前述方法处理；如balloon，则以ba lq lo on 来加密；
若明文字母数为奇数，则在明文尾填充约定字母。
维吉尼亚密码
        Vigenenre密码是最著名的多表代换密码，是16世纪法国著名密码学家Blaise de Vigenenre发明的。Vigenenre密码使用一个词组作为密钥，密钥中每一个字母用来确定一个代换表，每一个密钥字母被用来加密一个明文字母，第一个密钥字母加密第一个明文字母，第二个密钥字母加密第二个明文字母，等所有密钥字母使用完后，密钥再次循环使用，于是加解密前需先将明密文按照密钥长度进行分组。密码算法可表示如下：
        设密钥K=(k1,k2,…,kd)，明文M=(m1,m2,…,mn)，密文C=(c1,c2,…,cn)；
        加密变换为：ci=Eki(mi)=mi+ki(mod 26)
        解密变换为：mi=Dki(ci)=ci-ki(mod 26)
        通常通过查询维吉尼亚表进行加解密。
       
       
       

【实验步骤】
此处以移位密码为例说明，乘法密码、仿射密码、Playfair密码和维吉尼亚密码可参照完成。
加解密计算
加密
参照实验原理，在明文栏输入所要加密的明文，在密钥栏输入相应的密钥，如图1.1.12所示。

图1.1.12
点击“加密”按钮，在密文文本框内就会出现加密后的密文，如图1.1.13所示。

图1.1.13
解密
在密文栏相应的文本框内输入所要解密的密文，在密钥栏输入相应的密钥，如图1.1.14所示。

图1.1.14
点击“解密”按钮，在明文文本框内就会出现解密后的明文，如图1.1.15所示。

图1.1.15
扩展实验
点击扩展实验下的按钮，进入相应算法的扩展实验面板，此处为移位密码扩展实验的面板，如图1.1.16所示。

图1.1.16
在“密钥k”栏中输入一个介于0~25之间的整数，如19，点击“确定”按钮后，系统显示出“明文-密文映射表”，如图1.1.17所示。

图1.1.17
在明文文本框中输入明文（如“Classical Cryptology.”），并点击“加密”按钮，在密文文本框内就会出现加密后的密文（如“VETLLBVTEVKRIMHEHZR”。注，系统会自动删除非英文字母，并自动将明文变换为小写字母），如图1.1.18所示。

图1.1.18
解密过程是加密过程的逆过程，在密文文本框中输入密文(确保密钥已经正确输入)，点击“解密”按钮，即可得到相应的明文。
算法跟踪
加密跟踪
选择要跟踪的算法即移位密码，在相应的算法计算区域填写明文和密钥。
点击“跟踪加密”按钮，此时会弹出选择跟踪调试器对话框，如图1.1.19所示，对话框中所列出的可选调试器根据系统中所安装的调试器而不同。

图1.1.19
选择“新实例 Microsoft CLR Debugger 2005”或其它调试器并点击“是”，打开调试器如图1.1.110所示。

图1.1.110
如果出现选择编码的对话框时选择“(自动检测)”， 进入代码跟踪界面，如图1.1.111所示。

图1.1.111
选择对应c#源代码的xxx.cs标签页并按下快捷键F10开始跟踪，如图1.1.112所示。

图1.1.112
当算法跟踪完毕后，会自动切换回实验窗口并显示计算结果。
查看实验面板中的计算结果，然后切换回调试器，选择工具栏中的“停止调试”按钮或按下SHIFT + F5快捷键以停止调试，如图1.1.113所示。

图1.1.113
关闭调试器，如图1.1.114所示，弹出保存对话框，选择“否”不保存。

图1.1.114
解密跟踪
跟踪解密算法时，选择要跟踪的算法，在相应的算法计算区域填写密文和密钥，点击“跟踪解密”按钮，具体参照加密跟踪步骤。

【实验思考】
        思考仿射密码为何要求a与26互素
        尝试不同的密钥,并根据密钥的取值范围,思考移位密码、乘法密码和仿射密码的安全性
        观察明文与密文中字母频度的变化，思考字母频度分析对维吉尼亚密码是否具有威胁
        从跟踪的算法源码对照理解算法的原理，并思考是否有其它的实现方法
       

因为发帖插入截图太繁琐 需要看全版的自己下载附件吧~嘻嘻~。       
       
       

夜猫酱

回复 x8888k 的帖子

你把附件下载下来看  上面有图  很好理解的  

夜猫酱

回复 elyric 的帖子

你要附件的话留下邮箱，关于无法下载的问题我会和小甲鱼反映的。嘻嘻

小甲鱼

回复 elyric 的帖子



朋友，我们用了多个账号验证可以下载。

请问他提示什么错误信息呢？麻烦帮忙提供下，我们好尽快修复~

谢谢~

devil5975

古典密码，现在用处已经不大了，如果是想了解密码的发展历史倒是可以看看

□_谁_□_枫_□

你把附件下载下来看  上面有图  很好理解的  

Delphi猿_宏业

强烈支持楼主ing……

五棵木

强烈支持楼主ing……

晨风吹过

这个问题太难啊

Mr.

谢谢楼主分享

magicyuc

学习啦，哈哈

peng3726

不错不错,学习了哈

linyoubiao

顶     加油   加油

猪猪BBUn咕咕

好文章转过来方便自己看

lovebite

很久没研究啦

∑L.X

:lol:楼主辛苦了~！！

jhlsp

楼主辛苦了~！！