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 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 。（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，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。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 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。15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2DES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。 （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：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）。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d1627私钥n3551公钥e1099公钥n3551 （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）：利用生成的私钥d，对生成的密文进行解密：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部分”和“公钥n部分”输入同组主机的公钥，在明文输入区输入明文：112233445566 。 单击“加密”按钮对明文进行加密，单击“导出”按钮将密文导出到RSA共享文件夹（D:WorkEncryptionRSA）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部分”和“私钥n部分”输入自己的私钥，再次点击“解密”按钮进行RSA解密。 （6）将破解后的明文与同组主机记录的明文比较。三ELGamal生成公钥及加密解密过程演示 （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, 对生成的密文进行解密，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（x 解密后文件路径，此时gpg要求输入前面设置的用于保护本机私钥的密码，输入密码，解开私钥。在存放加密文件的目录下就生了一个解密后的文件，打开解密文件，浏览正文，与同组主机确定其正确性。4 结论 伴随着密码学的发展，数字签名技术也得以实现，利用数字签名技术可以保证信息传输过程中的数据完整性以及提供对信息发送者身份的认证和不可抵赖性。