加密算法编程实验
天津机电职业技术学院教师备课纸
实验五 加密算法编程
一、实验目的
通过C语言编程实现替代加密算法，加深对古典密码体制的了解。
二、实验环境
1.安装Windows XP系统的计算机
2.WinTC
三、实验理论基础
凯撒密码（caeser）是罗马扩张时期朱利斯?凯撒（Julius Caesar）创造的，用于加密通过信使传递的作战命令。它将字母表中的字母移动一定位置而实现加密。 凯撒密码的加密算法极其简单。其加密过程如下：
在这里，明文记为m，密文记为c，加密变换记为E(k1,m)（其中k1为密钥），解密变换记为D(k2,m)（k2为解密密钥）（在这里k1=k2,不妨记为k）。凯撒密码的加密过程可记为如下一个变换：
c≡m+k mod n （其中n为基本字符个数）
同样，解密过程可表示为：
m≡c+k mod n （其中n为基本字符个数）
对于计算机而言，n可取256或128，m、k、c均为一个8bit的二进制数。显然，这种加密算法极不安全，即使采用穷举法，最多也只要255次即可破译。当然，究其本身而言，仍然是一个单表置换，因此，频率分析法对其仍是有效的。
四、实验内容
凯撒密码及其破解的编程实现
1
天津机电职业技术学院教师备课纸 #include <stdio.h>
main()
{
char M[100];
char C[100];
int K=3,i;
printf("please input chars:\n");
gets(M);
for(i=0;M[i]!='\0';i++)
C[i]=(M[i]-'a'+K)%26+'a';
C[i]='\0';
printf("The result is:\n%s\n",C);
getch();
}
2
第二篇：计算机加密算法实验一
实验一、密码学基础实验
一、实验目的
通过实现简单的古典密码算法，理解密码学的相关概念如明文（plaintext）、密文（ciphertext）、加<a href=” www.scsiot.com”>密密钥</a>(encryption key)、解密密钥（decryption key）、加密算法(encryption algorithm)、解密算法(decryption algorithm)等。
（1）通过这个上机训练，让学生深刻了解DES、RSA的运行原理。掌握使用DES、RSA算法对实际的数据进行加密和解密。
（2）通过这个上机训练，使学<a href=” www.scsiot.com”>生掌握常</a>用密码软件（PGP、SSH）下载、安装、使用
二、实验内容
【实验项目1】
l 用C\C++语言实现仿射变换（Affine）加/解密算法；
l 用C\C++语言实现统计26个英文字母出现的频率的程序；
l 利用仿射变换加/解密程序对一段较长的英文文章进行加密，再利用统计软件对明文和密文中字母出现的频率进行统计并作对比，观察有什么规律。
放射变换：
加密：
解密：
其中a, b为密钥，
，且gcd(a, 26)=1
实验要求：加/解密程序对任意满足条件的a、b都能够处理。
1.1实验步骤
(1)统计26个英文字母出现的频率的程序
#include<iostream>
#include<fstream>
#include<vector>
using namespace std;
void main(){
ifstream in("a.txt");
vector<int> s;
vector<int> n(26,0);
for(int i=0;i<26;++i)
s.push_back(97+i);
for(char x;in>>x; )
for(int i=0;i<26;++i)
if(int(x)==s[i]){
n[i]++;}
float sum=0.0;
for(int j=0;j<26;++j)
sum+=n[j];
cout<<"统计结果如下："<<endl;
for(int k=0;k<26;++k){
// n[k]=n[k]/sum;
cout<<' '<<char(k+97)<<"出现的概率为："<<n[k]/sum<<endl;
//cout<<n[k]<<endl;
}
（2）仿射变换加/解密程序对一段较长的英文文章进行加密
#include<iostream>
#include<fstream>
#include<vector>
using namespace std;
//////////判断两个数是不是互素（辗转相除）////////
bool gcd(int a){
int f=26,g,r;
g=a;
do{
r=f%g;
f=g;
g=r;
}while(r);
if(f==1)
return 1;
else
return 0;
}
//////////////////求逆//////
int inv(int a){
int x,i;
for(i=1;i<=30;++i)
if((26*i+1)%a==0)
{
x=(26*i+1)/a;break;}
return x;
}//////////////////////////////////////////////////////////
void main(){
cout<<"请你选择操作密码的方式:"<<endl<<" 0—表示加密 "<<endl<<" 1—表示解密 "<<endl;
int z;
cin>>z;
if(z==0||z==1)
{
//////////////////////////////////////////
cout<<"请输入密钥a和b："<<endl;
int a,b;
cin>>a>>b;
if((a<1||a>25)||(b<0||b>25))
cout<<"a，b的输入范围有错！"<<endl;
else
if(gcd(a)==0)
cout<<"密钥a有误，与26不互素"<<endl;
else
{
if(z==0)////加密算法
{
ifstream in("a.txt");
ofstream out("b.txt");
vector<int> s;
for(char x;in>>x; )
s.push_back(int(x));
for(int i=0;i<s.size();++i)
{
s[i]=(a*(s[i]-97)+b)%26;
out<<char(s[i]+97)<<' ';
}out<<endl;cout<<"加密成功！明文请见“b.txt”"<<endl;
}
else////解密算法
{
ifstream in("b.txt");
ofstream out("a.txt");
vector<int> s;
for(char x;in>>x; )
s.push_back(int(x));
for(int i=0;i<s.size();++i)
{
s[i]=inv(a)*(s[i]-97-b+26)%26;
out<<char(s[i]+97)<<' ';
}out<<endl;cout<<"解密成功！密文请见“a.txt”"<<endl;
}
}
////////////////////////////////////////
}
else
cout<<"所选操作无效！"<<endl;
}
}
1.2实验结果及分析
该程序是对文件进行操作，结果如下：
(1) 统计26个英文字母出现的频率的程序
(2) 仿射变换加/解密程序对一段较长的英文文章进行加密
【实验项目2】利用C\C++实现RSA算法的加、解密运算。
具体包括：
1) 利用扩展的EUCLID计算 a mod n 的乘法逆元；
2) Miller-Rabin素性测试算法对一个给定的大数进行测试；
3) 实现
的运算，并计算
；
4) 利用Fermat定理手工计算，并与3）计算的结果对比；
5) 实现RSA算法。并对"I LOVE THE PEOPLE'S REPUBLIC OF CHINA"加解密。说明：为了方便实现，分组可以小一点，比如两个字母一组。
2.1实验步骤
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;
int Euclid(int a,int n)//n大于a
{
int x,y,r;
x=n;y=a;
for(int i=0;;)
{
if(y==0)
return x;
if(y==1)
return y;
r=x%y;
x=y;
y=r;
}
}
double extenEuclid(double a,double n)//利用扩展的EUCLID计算 a mod n 的乘法逆元
{
double x1=1,x2=0,x3=n,y1=0,y2=1,y3=a,Q;
double t1,t2,t3;
for(int i=0;;)
{
if(y3==0)
{
return x3;
cout<<"no reverse"<<endl;
}
if(y3==1)
return y2;
Q=int(x3/y3);
t1=x1-Q*y1;
t2=x2-Q*y2;
t3=x3-Q*y3;
x1=y1;x2=y2;x3=y3;
y1=t1;y2=t2;y3=t3;
}
}
bool Rabin(int a,int n)//Miller-Rabin素性测试算法对一个给定的大数进行测试
{
vector<int> b;
unsigned int N=n-1;
for(int i=0,j=1;; i++)
{
if(j>N)
break;
if( (N>> i) & (unsigned int)1 )
b.push_back(1);
else
b.push_back(0);
j*=2;
}//将n-1表示成二进制形式
for(int k=0;k<b.size();k++)
cout<<b[k];
cout<<endl;
int d=1,x=0;
for(int ii=b.size()-1;ii>=0;ii--)
{
x=d;
d=(d*d)%n;
if(d==1&&x!=1&&x!=n-1)
return false;
if(b[ii]==1)
d=(d*a)%n;
}
if(d!=1)
return false;
return true;
}
double quickindex1(double a,double m,double n)//实现a^m mod n 的运算
{
vector<int> b;
unsigned double N=m;
for(int ii=0,j=1;;ii++)
{
if(j>N)
break;
if((N>>ii)& (unsigned double) 1)
b.push_back(1);
else
b.push_back(0);
j*=2;
}
double c=0,d=1;
for(int i=b.size()-1;i>=0;i--)
{
c*=2;
d=(d*d)-int((d*d)/n)*n;
if(b[i]==1)
{
c+=1;
d=(d*a)-int((d*a)/n)*n;
}
}
return d;
}
void transfer(char cypher[],double c[])
{
int m[100]={0};
for(int i=0,j=0;cypher[j]!='\0';i+=2)
{
if(cypher[j]==' ')
{
m[i]=0;m[i+1]=0;
}
else
{
m[i]=cypher[j]-64;
if(m[i]<10)
{
m[i+1]=m[i];
m[i]=0;
}
else
{
m[i+1]=m[i]%10;
m[i]=m[i]/10;
}
}
j++;
}
for(int k2=0;k2<2*strlen(cypher);k2++)
cout<<m[k2];
cout<<endl;
//int c[100]={0};
for(int k=0,n=0;k<2*strlen(cypher);k+=4)
{
c[n]=m[k]*1000+m[k+1]*100+m[k+2]*10+m[k+3];
n++;
}
for(;c[n-1]<1000;)//最后一个数填充零,不过此例可要可不要
c[n-1]*=10;
}
void main()
{
double c[100]={0};
double a[100]={0};
double b[100]={0};
char cypher[]="I LOVE THE PEOPLE'S REPUBLIC OF CHINA";
//对“我爱中华人民共和国”加解密
transfer(cypher,c);//字母变数字的过程
for(int k1=0;c[k1]!='\0';k1++)
cout<<c[k1]<<" ";
//选取两个素数p=563，q=823
double n=0, fn=0, p=563,q=823,d=0;
n=p*q;fn=(q-1)*(p-1);
//选e与fn互素
for(double e=2;e<fn;e+=3)
{
if(Euclid(e,fn)==1)
break;
}
d=extenEuclid(e,fn);
cout<<endl<<"密码和密钥e d and n:";
cout<<e<<" "<<d<<" "<<n<<endl;
//加密过程
cout<<endl<<"加密：";
for(int i=0;c[i]!='\0';i++)
{
a[i]=quickindex1(c[i],e,n);
cout<<a[i]<<" ";
}
cout<<endl<<"解密：";
//解密过程
for(int j=0;a[j]!='\0';j++)
{
b[j]=quickindex1(a[j],d,n);
cout<<b[j]<<" ";
}
cout<<endl;
}
2.2实验结果及分析
【实验项目3】
常用密码软件（PGP、SSH）下载、安装、使用
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