实验一 凯撒加密解密

计算机安全基础上机实验报告

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实验一凯撒加密解密

凯撒密码简介：恺撒密码的替换方法是通过排列明文和密文字母表，密文字母表示通过将

明文字母表向左或向右移动一个固定数目的位置。例如，当偏移量是左移3的时候（解密时

的密钥就是3）：

明文字母表：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ 密文字母表：DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC

使用时，加密者查找明文字母表中需要加密的消息中的每一个字母所在位置，并且写下密文字母表中对应的字母。需要解密的人则根据事先已知的密钥反过来操作，得到原来的明文。

例如：

明文：THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE LAZY DOG 密文：WKH TXLFN EURZQ IRA MXPSV RYHU WKH ODCB GRJ

源代码：

#include "kaisa.h"

using namespace std;

void Kaisa::setI()

{

cout << "\n请输入加密密码：";

cin >> i;

}

void Kaisa::jiami()

{

char a, b, c;

cout << "\n请输入明文：\t";

cin >> a;

b = char('z' - i%26);

c = char('Z' - i%26);

cout << "\n密文是：\t";

while(a != '\n')

{

if((a <= 'z' && a >= 'a') || ( a <= 'Z' && a >='A'))

{ if((a <= b && a >= 'a') || ( a <= c && a >='A'))

cout << char(a + i%26);

if(a > c && a <= 'Z')

cout << char(a + i%26 - 26);

if(a > b && a <= 'z')

cout << char(a + i%26 - 26);

if(a == ' ')

cout << " ";

}

else

cout << a;

a = cin.get();

}

cout << endl;

}

void Kaisa::setX()

{

cout << "\n请输入解密密码：";

cin >> i;

}

void Kaisa::jiemi()

{

char a, b, c;

cout << "\n请输入密文：\t";

cin >> a;

b = char('a' + i%26);

c = char('A' + i%26);

cout << "\n明文是：\t";

while(a != '\n')

{

if((a <= 'z' && a >= 'a') || ( a <= 'Z' && a >='A')) { if((a <= 'z' && a >= b) || ( a <= 'Z' && a >= c)) cout << char(a - i%26);

if(a >= 'a' && a < b)

cout << char(a - i%26 + 26);

if(a >= 'A' && a < c)

cout << char(a - i%26 + 26);

if(a == ' ')

cout << " ";

}

else

cout << a;

a = cin.get();

}

cout << endl;

}

int main()

{

while(1)

{

int t;

cout << "1.加密" << endl

<< "2.解密" << endl

<<"按其他键退出"<

<< "选择：";

cin >> t;

Kaisa kaisa;

if(t == 1)

{

kaisa.setI();

kaisa.jiami();

cout<<"加密完成\n"<

}

else if(t == 2)

{

kaisa.setX();

kaisa.jiemi();

cout<<"解密完成\n"<

}

else

return 0;

}

}

测试：密钥：4，明文：abcdefg 实验结果：

实验二DES加密解密

加密原理：DES 使用一个56 位的密钥以及附加的8 位奇偶校验位，产生最大64 位

的分组大小。这是一个迭代的分组密码，使用称为Feistel 的技术，其中将加密的文本块分成两半。使用子密钥对其中一半应用循环功能，然后将输出与另一半进行“异或”运算；接着交换这两半，这一过程会继续下去，但最后一个循环不交换。DES 使用16 个循环，使用异或，置换，代换，移位操作四种基本运算。

源代码：

#include

#include

#include"des_encode.h"

int key[16][48];

char str[8];

void main()

{

EncodeMain();

}

void EncodeMain()

{

int i;

char keychar[8];

int key2[8];

int strkey[8];

printf("请输入8个要加密的字符：\n");

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

scanf("%c",&str[i]);

getchar();

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

strkey[i]=str[i];

printf("\n输入明文的十六进制为:\n");

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

printf("%10x",strkey[i]);

printf("\n请输入密钥(8个字符):\n");

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

scanf("%c",&keychar[i]);

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

key2[i]=keychar[i];

getchar();

Encode(strkey,key2);

printf("\n加密后十六进制密文是:\n");

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

printf("%10x",strkey[i]);

printf("\n\n请输入解密密码\n");

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

scanf("%c",&keychar[i]);

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

key2[i]=keychar[i];

Decode(strkey,key2);

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

printf("%10x",strkey[i]);

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

str[i]=strkey[i];

printf("\n明文为：\t");

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

printf("%c",str[i]);

printf("\n\n");

}

void keyBuild(int *keychar){

int i,j;

int movebit[]={1,1,2,2,2,2,2,2,

1,2,2,2,2,2,2,1};

int midkey2[56];

int midkey[64];

StrtoBin(midkey,keychar);

for(i=0;i<56;i++)

midkey2[i]=midkey[PC1[i]-1];

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

keyCreate(midkey2,movebit[i],i);

}

void StrtoBin(int *midkey,int *keychar){

int trans[8],i,j,k,n;

n=0;

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

j=0;

while(keychar[i]!=0){

trans[j]=keychar[i]%2;

keychar[i]=keychar[i]/2;

j++;

}

for(k=j;k<8;k++)trans[k]=0;

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

midkey[n++]=trans[7-k];

}

}

void keyCreate(int *midkey2,int movebit,int n){ int i,temp[4];

temp[0]=midkey2[0];

temp[1]=midkey2[1];

temp[2]=midkey2[28];

temp[3]=midkey2[29];

if(movebit==2){

for(i=0;i<26;i++){

midkey2[i]=midkey2[i+2];

midkey2[i+28]=midkey2[i+30];

}

midkey2[26]=temp[0];midkey2[27]=temp[1];

midkey2[54]=temp[2];midkey2[55]=temp[3]; }

else

{ for(i=0;i<27;i++){

midkey2[i]=midkey2[i+1];

midkey2[i+28]=midkey2[i+29];

}

midkey2[27]=temp[0];midkey2[55]=temp[2];

}

for(i=0;i<48;i++)

key[n][i]=midkey2[PC2[i]-1];

}

void EncodeData(int *lData,int *rData,int *str){

int i,j,temp[8],lint,rint;

int data[64];

lint=0,rint=0;

for(i=0;i<4;i++){

j=0;

while(str[i]!=0){

temp[j]=str[i]%2;

str[i]=str[i]/2;

j++;

}

while(j<8)temp[j++]=0;

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

lData[lint++]=temp[7-j];

j=0;

while(str[i+4]!=0){

temp[j]=str[i+4]%2;

str[i+4]=str[i+4]/2;

j++;

}

while(j<8)temp[j++]=0;

for(j=0;j<8;j++)rData[rint++]=temp[7-j];

}

for(i=0;i<32;i++){

data[i]=lData[i];

data[i+32]=rData[i];

}

for(i=0;i<32;i++){

lData[i]=data[IP1[i]-1];

rData[i]=data[IP1[i+32]-1];

}

}

void F(int *rData,int *key){

int i,rDataP[48];

Expand(rData,rDataP);

for(i=0;i<48;i++){

rDataP[i]=rDataP[i]^key[i];

}

ExchangeS(rDataP,rData);

ExchangeP(rData);

}

void Expand(int *rData,int *rDataP){

int i;

for(i=0;i<48;i++)

rDataP[i]=rData[Ex[i]-1];

}

void ExchangeS(int *rDataP,int *rData){

int i,n,linex,liney;

linex=liney=0;

for(i=0;i<48;i+=6){

n=i/6;

linex=(rDataP[i]<<1)+rDataP[i+5];

liney=(rDataP[i+1]<<3)+(rDataP[i+2]<<2)+(rDataP[i+3]<<1)+rDataP[i+4];

FillBin(rData,n,s[n][linex][liney]);

}

}

void ExchangeP(int *rData){

int i,temp[32];

for(i=0;i<32;i++)

for(i=0;i<32;i++)

rData[i]=temp[P[i]-1];

}

void FillBin(int *rData,int n,int s){

int temp[4],i;

for(i=0;i<4;i++){

temp[i]=s%2;

s=s/2;

}

for(i=0;i<4;i++)

rData[n*4+i]=temp[3-i];

}

void DecodeData(int *str,int *lData,int *rData){ int i;int a,b;int data[64];

a=0,b=0;

for(i=0;i<32;i++){

data[i]=lData[i];

data[i+32]=rData[i];

}

for(i=0;i<32;i++){

lData[i]=data[IP2[i]-1];

rData[i]=data[IP2[i+32]-1];

}

for(i=0;i<32;i++){

a=(lData[i]&0x1)+(a<<1);

b=(rData[i]&0x1)+(b<<1);

if((i+1)%8==0){

str[i/8]=a;a=0;

str[i/8+4]=b;b=0;

}

}

}

void Encode(int *str,int *keychar){

int lData[32],rData[32],temp[32],rDataP[48];

int i,j;

keyBuild(keychar);

EncodeData(lData,rData,str);

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

for(j=0;j<32;j++)

F(rData,key[i]);

for(j=0;j<32;j++){

rData[j]=rData[j]^lData[j];

}

for(j=0;j<32;j++)

lData[j]=temp[j];

}

DecodeData(str,rData,lData);

}

void Decode(int *str,int *keychar){

int lData[32],rData[32],temp[32],rDataP[48];

int i,j;

keyBuild(keychar);

EncodeData(lData,rData,str);

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

for(j=0;j<32;j++)

temp[j]=rData[j];

F(rData,key[15-i]);

for(j=0;j<32;j++){

rData[j]=rData[j]^lData[j];

}

for(j=0;j<32;j++){

lData[j]=temp[j];

}

}

DecodeData(str,rData,lData);

}

des_encode.h

void EncodeMain();

void DecodeMain();

void Decode(int *str,int *keychar);

void Encode(int *str,int *keychar);

void keyBuild(int *keychar);

void StrtoBin(int *midkey,int *keychar);

void keyCreate(int *midkey2,int movebit,int i); void EncodeData(int *lData,int *rData,int *srt); void F(int *rData,int *key);

void Expand(int *rData,int *rDataP);

void ExchangeS(int *rDataP,int *rData);

void ExchangeP(int *rData);

void FillBin(int *rData,int n,int s);

void DecodeData(int *str,int *lData,int *rData);

int IP1[]={58, 50, 42, 34, 26, 18, 10, 2, 60, 52, 44, 36, 28, 20, 12, 4, 62, 54, 46, 38, 30, 22, 14, 6, 64, 56, 48, 40, 32, 24, 16, 8,

57, 49, 41, 33, 25, 17, 9, 1, 59, 51, 43, 35, 27, 19, 11, 3,

61, 53, 45, 37, 29, 21, 13, 5, 63, 55, 47, 39, 31, 23, 15, 7, };

int IP2[]={40, 8, 48, 16, 56, 24, 64, 32, 39, 7, 47, 15, 55, 23, 63, 31,

38, 6, 46, 14, 54, 22, 62, 30, 37, 5, 45, 13, 53, 21, 61, 29,

36, 4, 44, 12, 52, 20, 60, 28, 35, 3, 43, 11, 51, 19, 59, 27,

34, 2, 42, 10, 50, 18, 58, 26, 33, 1, 41, 9, 49, 17, 57, 25 };

int s[][4][16]={{

{14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7},

{0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8},

{4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0},

{15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13}

},

{

{15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10},

{3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5},

{0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15},

{13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9}

},

{

{10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8},

{13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1},

{13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7},

{1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12}

},

{

{7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15},

{13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9},

{10,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,4},

{3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14}

},

{

{2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,9},

{14,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9,8,6},

{4,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,14},

{11,8,12,7,1,14,2,13,6,15,0,9,10,4,5,3}

},

{

{12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11},

{10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8},

{9,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,6},

{4,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13}

},

{

{4,11,2,14,15,0,8,13,3,12,9,7,5,10,6,1},

{13,0,11,7,4,9,1,10,14,3,5,12,2,15,8,6},

{1,4,11,13,12,3,7,14,10,15,6,8,0,5,9,2},

{6,11,13,8,1,4,10,7,9,5,0,15,14,2,3,12}

},

{

{13,2,8,4,6,15,11,1,10,9,3,14,5,0,12,7},

{1,15,13,8,10,3,7,4,12,5,6,11,0,14,9,2},

{7,11,4,1,9,12,14,2,0,6,10,13,15,3,5,8},

{2,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11}

}

};

int Ex[48]={ 32,1,2,3,4,5,

4,5,6,7,8,9,

8,9,10,11,12,13,

12,13,14,15,16,17,

16,17,18,19,20,21,

20,21,22,23,24,25,

24,25,26,27,28,29,

28,29,30,31,32,1

};

int P[32]={16,7,20,21,

29,12,28,17,

1,15,23,26,

5,18,31,10,

2,8,24,14,

32,27,3,9,

19,13,30,6,

22,11,4,25

};

int PC1[56]={57,49,41,33,25,17,9,

1,58,50,42,34,26,18,

10,2,59,51,43,35,27,

19,11,3,60,52,44,36,

63,55,47,39,31,33,15,

7,62,54,46,38,30,22,

14,6,61,53,45,37,29,

21,13,5,28,20,12,4

};

int PC2[48]={14,17,11,24,1,5,

3,28,15,6,21,10,

23,19,12,4,26,8,

16,7,27,20,13,2,

41,52,31,37,47,55,

30,40,51,45,33,48,

44,49,39,56,34,53,

46,42,50,36,29,32

};

测试：明文：qwertyui，密钥：12345678 结果：

实验三RSA加密解密

RSA简介：

公钥和私钥的产生

假设Alice想要通过一个不可靠的媒体接收Bob的一条私人讯息。她可以用以下的方式来产生一个公钥和一个密钥：

1随意选择两个大的质数p和q，p不等于q，计算N=pq。

2根据欧拉函数，不大于N且与N互质的整数个数为（p-1）(q-1)

3选择一个整数e与（p-1）（q-1）互质，并且e小于（p-1）(q-1)

4用以下这个公式计算d：d× e≡ 1 (mod (p-1)(q-1))

5将p和q的记录销毁。

e是公钥，d是私钥。d是秘密的，而N是公众都知道的。Alice将她的公钥传给Bob，而将她的私钥藏起来。

加密消息

假设Bob想给Alice送一个消息m，他知道Alice产生的N和e。他使用起先与Alice约好的格式将m转换为一个小于N的整数n，比如他可以将每一个字转换为这个字的Unicode 码，然后将这些数字连在一起组成一个数字。假如他的信息非常长的话，他可以将这个信息分为几段，然后将每一段转换为n。用下面这个公式他可以将n加密为c：

计算c并不复杂。Bob算出c后就可以将它传递给Alice。

解密消息

Alice得到Bob的消息c后就可以利用她的密钥d来解码。她可以用以下这个公式来将c转换为n：

得到n后，她可以将原来的信息m重新复原。

解码的原理是

以及ed≡ 1 (mod p-1)和ed≡ 1 (mod q-1)。费马小定理证明

和

这说明（因为p和q是不同的质数）

源代码：

#include

#include

#include

int p,q; //选取的两个素数

int n,e,y,d;//============================n=p*q；y为n的欧拉数值；d是e在y下的乘法逆元

int a[160000];//========================存储e的所有值

int c;

int fun=0;

int count=0;

char *asd=new char[];

char *b=new char[] ;//================================存储要加密的字符或字符串

char *z=new char[];

int isPrime(int x)//====================判断是不是素数

{

int i;

for (i = 2; i <= (int)sqrt(x); i++)

{

if (x % i == 0)

break;

}

if (i > (int)sqrt(x))

return true;

return false;

}

int gcd(int f1,int f2)

{

if (f1 == 0)

{

return f2;

}

else

{

return gcd(f2 % f1, f1);

}

}

void keyproduce(int x1,int x2)

{

int m,j=0;

n=x1*x2;

y=(x1-1)*(x2-1);

m=2;

for(m=2;m

{

if(gcd(m,y)==1)

{

j++;

a[j]=m;

}

}

for(;j>0;j--)

cout<

cout<<"e从以上数据中选择"<

cin>>e;

for(int s=1;s

{

double g=0;

int h=0;

g=(n*y+1)/e;

h=(int)g;

if(g==h)

d=h;

}

cout<<"{"<

cout<<"{"<

}

int sum()//=============================求字符串的长度{

int i=0;

while(b[i]!='\0')

i++;

return i;

}

void encode()//==================================加密{

int sum1=sum();

for(count=0;count<=sum1;count++)

{

z[count]=b[count];

if(z[count]==' ')

fun=0;

if(z[count]=='a')

fun=1;

if(z[count]=='b')

fun=2;

if(z[count]=='c')

fun=3;

if(z[count]=='d')

fun=4;

if(z[count]=='e')

fun=5;

if(z[count]=='f')

fun=6;

if(z[count]=='g')

fun=7;

if(z[count]=='h')

fun=8;

if(z[count]=='i')

fun=9;

if(z[count]=='j')

fun=10;

if(z[count]=='k')

fun=11;

if(z[count]=='l')

fun=12;

if(z[count]=='m')

fun=13;

if(z[count]=='n')

fun=14;

if(z[count]=='o')

fun=15;

if(z[count]=='p')

fun=16;

if(z[count]=='q')

fun=17;

if(z[count]=='r')

fun=18;

if(z[count]=='s')

fun=19;

if(z[count]=='t')

fun=20;

if(z[count]=='u')

fun=21;

if(z[count]=='v')

fun=22;

if(z[count]=='w')

fun=23;

if(z[count]=='x')

fun=24;

if(z[count]=='y')

fun=25;

if(z[count]=='z')

c=fun^e%n;

asd[count]=c;

}

count--;

cout<<"以下为加密结果："<

for(int s=0;s

cout<

cout<

cout<

}

void decode()//=================================解密{

int temp=0;

for(temp=0;temp

{ fun=asd[temp]^d%n;

if(fun==0)

z[temp]=' ';

if(fun==1)

z[temp]='a';

if(fun==2)

z[temp]='b';

if(fun==3)

z[temp]='c';

if(fun==4)

z[temp]='d';

if(fun==5)

z[temp]='e';

if(fun==6)

z[temp]='f';

if(fun==7)

z[temp]='g';

if(fun==8)

z[temp]='h';

if(fun==9)

z[temp]='i';

if(fun==10)

z[temp]='j';

if(fun==11)

z[temp]='k';

if(fun==12)

z[temp]='l';

if(fun==13)

z[temp]='m';

z[temp]='n';

if(fun==15)

z[temp]='o';

if(fun==16)

z[temp]='p';

if(fun==17)

z[temp]='q';

if(fun==18)

z[temp]='r';

if(fun==19)

z[temp]='s';

if(fun==20)

z[temp]='t';

if(fun==21)

z[temp]='u';

if(fun==22)

z[temp]='v';

if(fun==23)

z[temp]='w';

if(fun==24)

z[temp]='x';

if(fun==25)

z[temp]='y';

if(fun==26)

z[temp]='z';

}

temp--;

cout<<"以下为解密结果："<

for(int s=0;s<=temp;s++)

cout<

}

void main()

{

int num;

next:cout<<"请输入一个大素数(大于5的,小于400的),以便产生公钥与私钥"<

cin>>p;

if(isPrime(p)==0)

{

cout<<"p不是素数"<

goto next;

}

next2:cout<<"请输入一个大素数(大于5的,小于400的),以便产生公钥与私钥"<

cin>>q;

if(isPrime(p)==0)

{

cout<<"p不是素数"<

goto next2;

}

keyproduce(p,q);

cout<<"请输入要加密的字符或字符串"<

cin>>b;

cout<<"加密，输入1"<

cin>>num;

if(num==1)

encode();

cout<<"解密，输入2"<

cin>>num;

if(num==2)

decode();

cout<

cout<<"是否继续验证，是就输入1；否则是输入0"<

cin>>num;

if(num==1)

goto next;

else

return;

}

实验结果：