实验1古典密码算法

实验1古典密码算法一、实验目的通过编程实现替代密码算法和置换密码算法，加深对古典密码体系的了解，为以后深入学习密码学奠定基础。二、实验原理古典密码算法曾被广泛应用，大都比较简单。它的主要应用对象是文字信息，利用密码算法实现文字信息的加密和解密。其中替代密码和置换密码是具有代表性的两种古典密码算法。1、替代密码替代密码算法的原理是使用替代法进行加密，就是将明文中的字符用其他字符替代后形成密文。例如，明文字母a、b、c、d，用D、E、F、G做对应替换后形成密文。最早的替代密码是由JuliusCaesar发明的Caesar（恺撒）密码，又叫循环移位密码。它的加密过程可以表示为下面的函数：E(m)=(m+k)modn其中，m为明文字母在字母表中的位置数；n为字母表中的字母个数；k为密钥；E(m)为密文字母在字母表中对应的位置数。例如，对于明文字母H，其在字母表中的位置数为8，设k=4，则按照上式计算出来的密文为L，计算过程如下：E(8)=(m+k)modn=(8+4)mod26=12=L解密算法是：m=D(L)=（L-k）mod262、置换密码置换密码算法的原理是不改变明文字符，只将字符在明文中的排列顺序改变，从而实现明文信息的加密。置换密码又称为换位密码。矩阵换位法是实现置换密码的一种常用方法。它将明文中的字母按照给定的顺序安排在一个矩阵中，然后又根据密钥提供的顺序重新组合矩阵中的字母，从而形成密文。例如，明文为attackbeginsatfive，密钥为cipher，将明文按照每行6个字母的形式排在矩阵中，形成如下形式：attackbeginsatfive根据密钥cipher中各字母在字母表中出现的先后顺序，得到给定的一个置换：f=145326因此有：密钥：145326明文：attackbeginsatfive根据上面的置换，将原有矩阵中的字母按照第1列、第4列、第5列、第3列、第2列、第6列的顺序排列、则有下面的形式：aacttkbingesaivfte从而得到密文：abatgftetcnvaiikse其解密过程是根据密钥的字母数作为列数，将密文按照列、行的顺序写出，再根据由密钥给出的矩阵置换产生新的矩阵，从而恢复明文。三、算法设计1、替代算法采用循环移位的算法。从键盘接收明文或密文str和密钥k，然后根据公式E(m)=(m+k)modn得到改变后的密文或明文，然后输出到屏幕。2、置换算法从键盘接收明文或密文str和密钥k，然后根据密钥的长度把str中的字符串存到二维数组temp1中，然后根据密钥对二维数组中的数据进行两次置换，将置换后的数组按列输出就得到了密文或明文。四、函数接口1、/*替代密码的加密函数*/charsubstitute(charmessage[])//定义substitute函数实现功能：把用户输入的字符串使用替代密码的方式替换成密文，这里使用的密钥是4，也就是将原文的字符位置往后推4位。返回加密密文。2、/*解开替代密码的解密函数*/chardesubstitute(charmessage[])//定义desubstitute函数实现功能：把密文中每个字符往前推4位，从而实现对替代密文的解密操作。返回解密密文。3、/*置换密码的函数*/chartransform(charmessage[])//定义transform函数实现功能：把用户输入的原文使用置换密码的原理用二维数组进行置换操作。返回加密后的字符串。4、/*解开转换密码的函数*/chardetransform(charmessage[])//定义detransform函数实现功能：对经置换密码加密后的密文进行解密。返回解密后的字符串。五、程序流程图开始六、测试结果1、替代密码加密：2、替代密码解密：请求用户输入原文选择算法1234Q/q调用替代密码函数，返回密文调用替代函数的解密算法，返回明文调用置换密码函数的解密算法，返回明文调用置换密码函数，返回密文结束3、置换密码加密：4、置换密码解密：七、分析两种算法的安全性对替代算法来说：由输入密钥k决定，密钥空间最大为26！对置换算法而言：根据你输入密钥空间的位数L决定，所有的置换可能构成一个L！阶的对称群我认为这两种算法都不是太好，但相比较而言，置换密码通过让几个一组排列成矩阵，然后对调其中的几列，打乱原先的排序，从而形成密文，相对而言，要比替代密码的算法难一些，因此，置换算法的安全性要比替代算法的安全性好些。八、实验的体会总结本次实验主要了解两种古典密码的算法，是对密码算法的初步认识。而我这次的实验只能算是初步完成了实验要求，对于替代密码的算法，理解还比较深刻，而置换密码的算法，只是按照题目所给出的要求，只写出了密钥为6的程序，没有继续深入，将密钥的值更改，还有待提高。九、实验代码#includestdio.h#includestdlib.h#includestring.h#defineMAX1000intmain(){charsubstitute(chara[]);//替代加密算法的实现chartransform(charb[]);//置换加密算法的实现chardesubstitute(charc[]);//替换解密算法的实现chardetransform(chard[]);//置换解密算法的实现charmessage[MAX];charalgorithm;//用于选择算法printf(*******************************\n);printf(*欢迎进入古典算法的实现*\n);printf(*请按照提示选择你需要的算法*\n);printf(*1.替换加密2.替换解密*\n);printf(*3.置换加密4.置换解密*\n);printf(*（按q键退出程序）*\n);printf(*******************************\n);printf(请输入原文：);gets(message);printf(\n);printf(您刚输入的原文是：\n);puts(message);printf(请做出选择：);scanf(%c,&algorithm);while(algorithm!='1'&&algorithm!='2'&&algorithm!='q'&&algorithm!='Q'&&algorithm!='3'&&algorithm!='4'){printf(对不起,你所输入错误,请重新输入.\n);scanf(%c,&algorithm);//接受回车字符scanf(%c,&algorithm);//接受选择出来的算法}if(algorithm=='1'){*message=substitute(message);printf(加密后，密文是：\n);//输出加密后的文件内容puts(message);printf(\n);}elseif(algorithm=='2'){*message=desubstitute(message);printf(解密后，明文是：\n);puts(message);printf(\n);//输出解密后的文件内容}elseif(algorithm=='3'){*message=transform(message);printf(加密后，密文是：\n);//输出加密后的文件内容puts(message);printf(\n);}elseif(algorithm=='4'){*message=detransform(message);printf(解密后，原文是：\n);puts(message);printf(\n);//输出解密后的文件内容}elseif('q'==algorithm||'Q'==algorithm){printf(退出程序!\n);return0;}getchar();return0;}/*替代密文的加密函数*/charsubstitute(charmessage[])//定义substitute函数{intn,i;intk;printf(\n\n请输入替代密钥:);scanf(%d,&k);getchar();for(n=0;nstrlen(message);n++)//对字符串进行加密{if(message[n]='a'&&message[n]='z'){message[n]=(message[n]-96+k+26*100)%26+64;}elseif(message[n]='A'&&message[n]='Z'){message[n]=(message[n]-64+k+26*100)%26+96;}else{message[n]=message[n];}}return(*message);//返回密文}/*解开替代密文的解密函数*/chardesubstitute(charmessage[])//定义desubstitute函数{intk;intn,i;printf(请输入代替密钥:);scanf(%d,&k);getchar();for(n=0;nstrlen(message);n++){if(message[n]='a'&&message[n]='z'){message[n]=(message[n]-96-k+26*100)%26+64;}elseif(message[n]='A'&&message[n]='Z'){message[n]=(message[n]-64-k+26*100)%26+96;}else{message[n]=message[n];}}return(*message);//返回原文}/*置换密码的函数*/chartransform(charmessage[]){inti,j,x,y,z,n,m;n=strlen(message);i=n/6;j=n%6;//I为将要规划的行数，J为要规划的列数,m为凑成6的倍数大于或者等于nif(j==0)//字符数刚好是6的倍数，i不变，j=6，m=6*i{j=6;m=6*i;}elseif(j!=0)//字符数不是6的倍数，i加1，j=6,m=6*i;{i=i+1;j=6;m=6*i;}chara[i][j];//用来存MESSAGEchartemp1[i][j];chartemp2[i][j];//申明两个数组用来作替换时用for(x=0;xi;x++)//初始化{for(y=0;yj;y++){a[x][y]='';temp1[x][y]='';temp2[x][y]='';}}if(i==1)//把字符串存入二维数组中,只有一行的情况{for(x=0;xn;x++)a[0][x]=message[x];}elseif(i==2)//两行字符的情况{for(x=0;x6;x++)a[0][x]=message[x];for(x=0;xn-6;x++)a[1][x]=message[x+6];}elseif(i==3)//这里只计算最多有3行6列的内容，第三行{for(x=0;x6;x++)a[0][x]=message[x];for(x=0;x6;x++)a[1][x]=message[x+6];for(x=0;xn-12;x++)a[2][x]=message[x+12];}for(z=0;zi;z++)//将原有矩阵中的字母按照第1列、第4列、第5列、第3列、第2列、第6列的顺序排列{temp1[z][0]=a[z][0];}for(z=0;zi;z++){temp1[z][1]=a[z][3];}for(z=0;zi;z++){temp1[z][2]=a[z][4];}for(z=0;zi;z++){temp1[z][3]=a[z][2];}for(z=0;zi;z++){temp1[z][4]=a[z][1];}for(z=0;zi;z++){temp1[z][5]=a[z][5];}for(z=0;zi;z++)//将原有矩阵中的字母按照第1