1、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- 0 -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2Caesar 加密3Caesar 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=3 时，对应明文：data security has
2、evolved rapidly 的密文：data security has evolved rapidly 。（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：data security has evolved rapidly。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。2Caesar 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”按钮进行加密。请将明文记录在这里：I am a stident
3、 。（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:WorkEncryptionCaesar) 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 WorkEncryptionCaesar 目录（ 同组主机IPWorkEncryptionCaesar） ，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
4、加密时的密钥k 值，这时解密已经成功。请将明文写出：I am a stident 。（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。3Caesar 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：I am a stident 。（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
5、文。（4）单击“导入”按钮将同组主机 Caesar 密文导入。- 1 -（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 I am a stident 。（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”“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= i am a student .（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
6、，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：data security has evolved rapidly。（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。- 2 -图 5-
7、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
8、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“soe dldar”应该为 “she didnt”。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- 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
9、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。4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1DES 加密解密2D
10、ES 算法3AES 加密解密4AES 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。1DES 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：i am a student,you are a pig。（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:WorkEncryptionDES ）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
11、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。2DES 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5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。3AES 加密解密（1）本机进入“密
12、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：i am a student,you are a pig。（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:WorkEncryptionAES）中，通告同组主机获取密文，并将密钥 k 告诉同组主机。6（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
13、明文比较。4AES 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：7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 DES、AES 算法） ，另一类是序列密码（如 RC4 算法） 。8实验三 公钥密码实验1 实验目
14、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1RSA 生成公私钥及加密解密过程演示2RSA 加密解密3ELGamal 生成公钥及加密解密过程演示4ELGamal 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 生成公私钥及加密解密过程演示（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
15、 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 355
16、1（5）在加/解密演示区中输入明文 m= 2255，公钥 n= 3551（mn ） ，公钥 e= 1099 。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）比较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（加密过程计算量比较大，请使用密码工具的 RSA 工具进行计算）：
