密码学实验指导

密码学实验指导

目录

实验一 凯撒密码算法实验 1 实验二 维吉利亚密码算法实验 5 实验三 普莱费尔密码算法实验 9 实验四 IDEA实验五 BCH

密码算法实验 17 纠错编码算法任务书 27

1

实验一 凯撒密码算法实验

1 实验目的

通过实验熟练掌握凯撒密码算法，学会凯撒密码算法程序设计，提高C++程序设计能力。

2 实验学时：2

实验类别：验证实验■ 3 实验环境

软件环境

Windows Xp/Windows 2000 Visual c++/Turbo c++ 3.0

硬件系统

Pentium 4 3.0G 512MRAM 计算机等

综合性实验□

设计性实验□

4 算法原理

按照a～z依次对应0～25编码，变量K存放密钥－正整数。变量M存放一明文字符ASCII码，变量C存放M中的数据经加密后得到的一密文字符的ASCII码。

加密算法：C≡（M+K）mod 26，如此继续下去，实现逐个字符进行加密。

5 实验步骤与内容

1） 编写程序 2） 编辑录入

3） 记录调试及进行情况 4） 程序结构说明文档 5） 程序使用说明文档

6 思考密钥K的有效的最小取值范围 7 实验总结与体会

8 要求提交完整的实验报告 9 参考程序代码

#include #include using namespace std;

//获取密钥函数getKey()

1

int getKey() { }

//将明文中的字符全部转化为大写的函数change() void change(char s[]) { }

//判断输入的明文格式是否有误的函数getError() //有误则返回0，否则就返回1 int getError(char s[]) {

int i,error;

for(i=0;iif((s[i]>65&&s[i]<=82)||(s[i]>96&&s[i]<=122)) {

error = 1;

2

int key;

cout<<\"请输入密钥：\"; cin>>key; return key;

int i;

for(i=0;iif(s[i]>96&&s[i]<122)

s[i] = s[i]-32;

}

}

} else { }

error = 0; break;

return error;

//将明文转化为密文的函数getCode

void getCode(char s[],char ss[],int key) { }

void main()

3

int i,j;

cout<<\"译出的密文:\"; for(i = 0;icout<for(j = 0;j<26;j++) { }

if(ss[i]==s[j]) { }

cout<{ }

change(incode); getCode(ss,incode,key); gets(incode);

if(getError(incode)==0) { }

cout<<\"您的输入有误!请重新输入!\\n\"; exit(1); int i,key,asc=65; for(i = 0;i<26;i++) { }

key = getKey(); cout<<\"请输入密文：\\n\"; getchar('\\n');

ss[i] = asc++; char ss[26],incode[1000];

4

实验二 维吉利亚密码算法实验

1 实验目的

通过实验熟练掌握维吉利亚密码算法，学会维吉利亚密码算法程序设计，提高C++程序设计能力。

2 实验学时：2

实验类别：验证实验■ 3 实验环境

软件环境

Windows Xp/Windows 2000 Visual c++/Turbo c++ 3.0

硬件系统

Pentium 4 3.0G 512MRAM 计算机等

综合性实验□

设计性实验□

4 算法原理

按照a～z依次对应0～25编码，数组K密钥字符串的ASCII码，数组M存放一组明文字符串ASCII码，且length（M）=length（K）=n，数组C存放M中的数据经加密后得到的一组密文字符串的ASCII码。

加密算法：C（i）≡（M（i）+K（i））mod 26 （i=1，2，……，n）

5 实验步骤与内容

1） 编写程序 2） 编辑录入

3） 记录调试及进行情况 4） 程序结构说明文档 5）程序使用说明文档

6 实验总结与体会

7 要求提交完整的实验报告 8 参考程序代码

//Vigenere.cpp文件源代码 #include #include using namespace std;

5

//将字符串小写变为大写 void change(char s[]) { }

void makeCode(char incode[],char ss[],char key[],int intkey[]) {

for(int i = 0;ifor(int j = 0;j<26;j++) { }

if((i+1)%strlen(key)==0) {

6

int i;

for(i=0;iif(s[i]>96&&s[i]<122)

s[i] = s[i]-32;

cout<<\"译出的密文为：\";

//逐个比较

if(incode[i]==ss[j]) { }

//逐个输出密文

cout<}

}

}

cout<<\" \";

void main() {

char ss[26]; int i,j;

//按照A～Z（大写）依次对应存储在char数组ss[] for(i = 0;i<26;i++) { }

char select;

ss[i] = i+65;

do{

7

char incode[1000]; cout<<\"请输入明文：\"; cin>>incode; //将明文小写变为大写 change(incode);

char key[100];

int intkey[100]; cout<<\"请输入密钥：\"; cin>>key;

//将密钥小写变为大写 change(key);

//将密钥对应的下标存放在数组intkey[]中 for(i = 0;i}

}

}

8

实验三 普莱费尔密码算法实验

1 实验目的

通过实验熟练掌握普莱费尔密码算法，学会普莱费尔码算法程序设计，提高C++程序设计能力。

2 实验学时：4

实验类别：验证实验■ 3 实验环境

软件环境

Windows Xp/Windows 2000 Visual c++/Turbo c++ 3.0

硬件系统

Pentium 4 3.0G 512MRAM 计算机等

综合性实验□

设计性实验□

4 算法原理

将明文中的双字母组合作为一个单元对待，并将这些单元转换为密文双字母组合。Playfair密码基于一个5*5字母矩阵，该矩阵使用一个关键词（密钥）来构造，其构造方法是：从左至右，从上至下依次填入关键词的字母（去除重复的字母），然后再以字母表顺序依次填入其他的字母。字母I和J被算作一个字母（即J被当作I处理）。对每一对明文字母p1，p2的加密方法如下。

（1） 若p1，p2在同一行时，则对应的密文c1，c2分别是仅靠p1，p2右端的字

母。其中第一行被看做是最后一行的右方（解密时反向）。

（2） 若p1，p2在同一列时，则对应的密文c1，c2分别是仅靠p1，p2下方的字

母。其中第一列被看做是最后一列的下方（解密时反向）。

（3） 若p1，p2既不在同一行，也不在同一列时，则c1，c2是由p1和p2确定的

矩

形的其他两角的字母，并且c1和p1，c2和p2同行（解密时处理方法相同）。

（4） 若p1=p2，则插入一个字母（比如Q，需要事先约定）于重复字母之间，并用

前述方法处理。

（5） 若明文字母数为奇数时，则在明文的末端添加某个事先约定的字母作为填充。

5 实验步骤与内容

1） 编写程序 2） 编辑录入

9

3） 记录调试及进行情况 4）程序结构说明文档 5）程序使用说明文档

6 实验总结与体会

7 要求提交完整的实验报告 8 参考程序代码

#include #include using namespace std;

//寻找字符'J' int foundj(string s) { for(int i=0;i}

}

}

//将字符串小写变为大写 void change(char s[]) { int i;

for(i=0;i96&&s[i]<122)

s[i] = s[i]-32;

10

}

}

//去掉密钥中重复的字符

void dele(char key[],string codekey) { int flagk;

for(int i = 1;ifor(int j=0;j}

}if(flagk ==0)

codekey+=key[i];

}

for(i = 0;ikey[i] = codekey[i]; key[i] = '\\0'; change(key);

}

11

//寻找字符a对应的行下标和列下标

void search(char a,int &i1,int &j1,char cod[5][5]){ }

//加密矩阵

void juzhen(string codekey,char cod[][5],int m) { }

//加密算法

string jiami(string codestr,char cod[5][5]){

int i;

12

int i,j;

for(i=0;i<5;i++){ }

for(j=0;j<5;j++)

if(a==cod[i][j]) { }

i1=i; j1=j;

for(int i=0;ifor(int j=0;j<5;j++)

cod[i][j]=codekey[i*5+j];

for(i=0;ifor(int j=0;j<5;j++) cout<int i1,j1,i2,j2; string pt; pt=codestr;

for(i=0;isearch(codestr[i], i1,j1,cod); search(codestr[i+1],i2,j2,cod);

//处于不同的行列，取对角 if(i1!=i2&&j1!=j2) { }

//处于同一行,取行紧靠的数据 if(i1==i2&&j1!=j2) { }

//处于同列,取列紧靠的数据 if(i1!=i2&&j1==j2) { }

pt[i]=cod[(i1+1)%5][j2]; pt[i+1]=cod[(i2+1)%5][j1]; pt[i]=cod[i1][(j1+1)%5]; pt[i+1]=cod[i2][(j2+1)%5]; pt[i]=cod[i1][j2]; pt[i+1]=cod[i2][j1];

i=i+2; }

return pt;

13

}

void main() { cout<<\"--------------普莱费尔密码加密-------------\"<cout<<\"请输入密钥：\"; char key[1000],key1[1000]; string codekey; cin>>key; codekey+=key[0];

dele(key,codekey);//删除相同字符

char code[26];

for(int i=0;i}

//key赋给codekey

for(i = 0;icodekey+=key[i]; //26个大写字母赋给code for(i = 0;i<26;i++)

code[i] = i+65;

//codekey连接code for(i = 0;i<26;i++)

codekey +=code[i];

14

//key赋给key1

for(i=0;ikey1[i] = '\\0';

key1[i] = key[i];

//排序key1

for(i=0;ifor(int j = i+1;jif(key1[i]>key[j]) { }

char t = key1[i]; key1[i] = key1[j]; key1[j] = t;

//删除key1中相同字符 for(i=0;i15

for(j=key1[i]-65-k;jcode[j] = code[j+1];

}

code[26-strlen(key1)] = '\\0'; codekey = key; codekey+=code;

//处理i和j

for(i=foundj(codekey);icodekey[i] = codekey[i+1];

//加密矩阵 char cod[5][5];

cout<<\"加密矩阵为：\"<//输入明文转化为大写 cout<<\"请输入明文：\"; string str,codstr; cin>>str;

for(i=0;iif(str[i]>96&&str[i]<122)

str[i] = str[i]-32;

//加密

codstr=jiami(str,cod);

cout<<\"对应的密文为：---->>\"<16

实验四 IDEA密码算法实验

1 实验目的

通过实验熟练掌握IDEA密码算法，学会IDEA算法程序设计，提高C++程序设计能力。

2 实验学时：4

实验类别：验证实验■ 综合性实验□ 3 实验环境

软件环境

Windows Xp/Windows 2000 Visual c++/Turbo c++ 3.0

硬件系统

Pentium 4 3.0G 512MRAM 计算机等

设计性实验□

4 算法原理

64比特的数据块分成4个子块X1，X2，X3和X4，每一个子块16比特，作为第1轮的输入，全部共8轮迭代。运算步骤如下：

(1) X1和第1个子密钥块作乘法运算。 (2) X2和第2个子密钥块作加法运算。 (3) X3和第3个子密钥块作加法运算。 (4) X4和第4个子密钥块作乘法运算。 (5) (1)和(3)结果作异或运算。 (6) (2)和(4)结果作异或运算。

(7) (5)的结果与第5个子密钥块作乘法运算。 (8) (6)和(7)结果作加法运算。

(9) (8)的结果与第6个子密钥块作乘法运算。 (10) (7)和(9) 结果作加法运算。 (11) (1)和(9)结果作异或运算。 (12) (3)和(9) 结果作异或运算。 (13) (2)和(10) 结果作异或运算。

(14) (4)和(10) 结果作异或运算。结果的输出为(11)，(13)，(12)，(14)。 除最后一轮（第8轮）外，第2和第3块交换。第8轮结束后，最后输出的变换有：

17

(1) X1和第1个子密钥块作乘法运算。 (2) X2和第2个子密钥块作加法运算。 (3) X3和第3个子密钥块作加法运算。 (4) X4和第4个子密钥块作乘法运算。

子密钥块每轮6个，最后输出变换4个，共52个。首先将128比特的密钥分成8个子密钥，每个子密钥16比特。这8个子密钥正好是第1轮的6个及第2轮的前两个。再将密钥左旋25比特，再将它分成8个子密钥。前4个是第2轮的子密钥，后4个是第3轮子密钥。将密钥再左旋25比特，产生后8个子密钥。依此类推，直到算法结束。

设密钥kk1k2k128分成8段，依次为

Z1(1)k1k2k16,

(1)Z2k17k18k32,

……

(1)Z6k81k82k96,

Z1(2)k97k98k112,

(2)Z2k113k114k128

再将k向左旋移位25比特 k26k27k128k1k2k25

(2)(2)(2)(2)分8段，前4段是第2轮的子密钥Z3，Z4，Z5，Z6；后4段依次是Z1(3)，(3)(3)(3)，Z3，Z4。继续以上步骤，直到52个子密钥生成完毕。 Z25 实验步骤与内容

4） 编写程序 5） 编辑录入

6） 记录调试及进行情况 4）程序结构说明文档 5）程序使用说明文档

6 实验总结与体会

18

7 要求提交完整的实验报告 8 参考程序代码

#include #include #include using namespace std;

//将对应的字符转化为对应的二进制ASCII码 void change_ASCII(string key1,int int_key[][8]) { }

// 第一次处理密钥

void z1_code(int int_key[][8],int code[][16],int m) {

for(int i = 0;i < m; i++) {

for(int j = 0;j < 16; j++) {

19

for(int i = 0;i < key1.length();i++) {

for(int j = 0;j < 8;j++) {

int_key[i][j] = key1[i]%2; key1[i] = key1[i]/2;

}

}

cout<cout<}

if(j<8) {

code[i][j] = int_key[i*2][j];

}else

code[i][j] = int_key[i*2+1][j-8];

}

cout<}

cout<void do_code(int code[][16],int m) { } // 结果

void change_ASCII1(long x,int s[][16],int n,int m) {

20

int temp;

for(int i = 0 ; i < m ; i++) { }

for(int j = 0 ; j < 16/2 ; j++) { }

temp = code[i][j]; code[i][j] = code[i][15-j]; code[i][15-j] = temp;

}

for( int i = 0 ; i < n ; i++) { }

for( i = 0 ; i < n ; i++)

cout<// 乘法运算

void result1(int x[][16],int z[][16],int s[][16],int m,int n,int k) { }

21

long w1,w2,xx1 = 0 , zz1 = 0; for(int i = 0 ; i < 16 ; i++) { }

if(x[m][i]!=0)

xx1 = xx1 + pow(2,15-i);

for( i = 0 ; i < 16 ; i++) { }

if(z[n][i]!=0)

zz1 = zz1 + pow(2,15-i);

w1 = zz1*xx1; w2 = pow(2,16)+1;

change_ASCII1(w1%w2,s,16,k);

// 加法运算

void result2(int x[][16],int z[][16],int s[][16],int m,int n,int k) { int w1,w2,xx1 = 0 , zz1 = 0; for(int i = 0 ; i < 16 ; i++) { if(x[m][i]!=0)

xx1 = xx1 + pow(2,15-i);

}

for( i = 0 ; i < 16 ; i++) { if(z[n][i]!=0)

zz1 = zz1 + pow(2,15-i);

}

w1 = zz1+xx1; w2 = pow(2,16);

change_ASCII1(w1%w2,s,16,k);

}

// 二进制异或

void result3(int s[][16],int m,int n,int k) { for(int i = 0 ; i < 16 ; i++) { if(s[m][i] == s[n][i]) s[k][i] = 0;

else

s[k][i] = 1;

22

}

}

cout<// 子密钥得产生

void sun_code(int s[][16],int z[][16]) {

cout<<\"第\"<for(i = 0 ; i < 8 ; i++) { }

23

static n1 = 2; int str[128]; if(n1 < 6) { }

for(int i = 0,j=25 ; i < 128-25 ,j < 128; i++,j++)

str[i] = s[j/16][j%16]; for(int k = 0 ; k < 16 ; k++)

z[n1-2][k] = s[n1-2][k];

for(i = 0 ; i < 25 ; i++)

str[i+128-25] = s[i/16][i%16];

for(i = 0 ; i < 8 ; i++)

for(int j = 0 ; j < 16 ; j++)

s[i][j] = str[i*16+j];

for(int j = 0 ; j < 16 ; j++)

cout<cout<}

// 主函数 void main() {

change_ASCII(m_code1,int_code); cout<24

int s[14][16]; int z2[4][16]; int int_key[16][8];

//------------------------------密钥的处理----------------------------------------- string key;

cout<<\"请输入密钥：\"; cin>>key;

cout<<\"-------------------------->>密钥\"<change_ASCII(key1,int_key); cout<//------------------------------明文的处理----------------------------------------- string m_code;//= \"Tsinghua\"; cout<<\"请输入明文：\"; cin>>m_code;

cout<<\"-------------------------->>明文\"<string m_code1 = m_code; int int_code[8][8];

for(int i=0;i<8;i++) {

cout<<\"第\"<result2(x1,z1,s, 1,1,1); cout<result2(x1,z1,s, 2,2,2); cout<result1(x1,z1,s, 3,3,3); cout<25

//---------------------------- cout<<\"明文：\"<z1_code(int_code,x1,4); do_code(x1,4);

//-------------------------------密钥的转化---------------------------------------- int z1[8][16];

cout<<\"第1轮密钥：\"<result1(s,z1,s, 4,4,6); cout<}

do_code(z1,8);

cout<<\"最终结果：\"<}

26

实验五 BCH纠错编码算法任务书

一 实验目的

通过实验熟练掌握BCH纠错编码算法，学会BCH纠错编码算法程序设计，提高C++程序设计能力。

二 实验学时：4

实验类别：验证实验□ 三 实验环境

软件环境

Windows Xp/Windows 2000 Visual c++/Turbo c++ 3.0

硬件系统

Pentium 4 3.0G 512MRAM 计算机等

综合性实验□

设计性实验■

四 实验内容

1. 算法原理：

（一）编码矩阵和校验矩阵：

对(n,l)编码系统，当n6,l3时，构造编码矩阵G和校验矩阵H使得： （1）G能对三位明文m(m1,m2,m3)作用后得到一个6位的发送字w，即

wmG，发送字w的后三位为校验位。

（2） 将发送字w发送后，收方的接受字为r，若r中仅有一位错，校验矩阵H能校

验

出哪位错并可予以纠错。

构造校验矩阵H的理论依据为：(nl)n的校验矩阵能正确纠正一位错误的充要条 件是H的各列为不相同的非零向量。

G(E|A) E为ll的矩阵，则G为ln的矩阵；

H(A|_E) _E为(nl)(nl)矩阵,A为A的转置，H为(nl)n矩阵； rwe e是误差；

HrH(we)HwHeHe

'''''''27

若He0，可由He看出究竟第几位出错并给予纠正。 （二）纠错算法： （1）计算SHr；

（2）若S0，则可认为传输过程是正确的，则明文mr1r2r3 (m是l长的明文

序列)，若S0，转（3）；

（3）若S是矩阵H的第i列则认为ri有错误，予以纠正，然后取前面的l位作为明文； 若S不是矩阵H的列向量（且不为零），则认为传输过程至少出现两位以上的错

误，无法正确纠错。

'''2. 流程图：

五 实验任务

1． 2． 3． 4． 5．

编码BCH纠错编码程序 编辑录入

记录调试及运行情况 编写程序结构说明文档 编写程序使用说明文档

六 实验讨论

七 密码学设计性实验收获与总结 八 参考文献 附录：源程序代码

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