华科大密码学课程设计实验报告
密码学案例实验报告书
一、实验背景随着信息技术的飞速发展，信息安全问题日益突出。
密码学作为保障信息安全的核心技术，在数据加密、身份认证、数字签名等领域发挥着重要作用。
为了加深对密码学原理的理解，提高实际应用能力，我们开展了本次密码学案例实验。
二、实验目的1. 掌握DES加密算法的基本原理和操作步骤。
2. 熟悉RSA加密算法的原理和应用。
3. 学习数字签名技术的应用。
4. 培养动手实践能力，提高解决实际问题的能力。
三、实验内容1. DES加密算法（1）实验目的：了解DES加密算法的基本原理，掌握DES加密和解密过程。
（2）实验内容：① 设计一个简单的DES加密程序，实现明文到密文的转换。
② 设计一个简单的DES解密程序，实现密文到明文的转换。
（3）实验步骤：① 编写DES加密程序，输入明文和密钥，输出密文。
② 编写DES解密程序，输入密文和密钥，输出明文。
2. RSA加密算法（1）实验目的：了解RSA加密算法的基本原理，掌握RSA加密和解密过程。
（2）实验内容：① 设计一个简单的RSA加密程序，实现明文到密文的转换。
② 设计一个简单的RSA解密程序，实现密文到明文的转换。
（3）实验步骤：① 编写RSA加密程序，输入明文和密钥对，输出密文。
② 编写RSA解密程序，输入密文和私钥，输出明文。
3. 数字签名技术（1）实验目的：了解数字签名技术的基本原理，掌握数字签名的生成和验证过程。
（2）实验内容：① 设计一个简单的数字签名程序，实现签名生成和验证。
（3）实验步骤：① 编写数字签名程序，输入明文、私钥和签名算法，输出签名。
② 编写数字签名验证程序，输入明文、公钥和签名，验证签名是否正确。
四、实验结果与分析1. DES加密算法实验结果通过编写DES加密和解密程序，成功实现了明文到密文和密文到明文的转换。
实验结果表明，DES加密算法在保证数据安全的同时，具有较高的效率。
2. RSA加密算法实验结果通过编写RSA加密和解密程序，成功实现了明文到密文和密文到明文的转换。
密码学实验报告
密码学实验报告中文汉字的密码化实验1. 实验简介本实验旨在通过对中文汉字的密码化实验，探究密码学在信息安全领域中的应用。
在本实验中，我们将使用替换密码技术对中文汉字进行加密和解密，并评估其安全性和实用性。
2. 实验步骤2.1 选择密钥在开始实验之前，我们需要选择一个密钥。
密钥是密码算法的关键，它用于对明文进行加密和解密。
在本实验中，我们选择一个包含所有中文汉字的密钥表。
该密钥表将用于替换明文中的汉字，从而实现密码化。
2.2 加密过程加密过程涉及将明文中的汉字替换为对应的密钥表中的汉字。
我们将使用一种称为替换密码的技术来实现加密。
具体步骤如下：步骤一：准备明文 - 选择一段中文汉字作为明文。
步骤二：选择密钥表 - 使用预先准备好的密钥表，其中包含了所有中文汉字的替换映射关系。
步骤三：替换汉字 - 将明文中的每个汉字根据密钥表中的映射进行替换。
步骤四：生成密文 - 将替换后的汉字按照顺序组成密文。
2.3 解密过程解密过程即将密文还原为明文。
在我们的实验中，解密过程与加密过程密切相关，因为它需要使用相同的密钥表进行替换。
具体步骤如下：步骤一：准备密文 - 选择加密过程生成的密文作为输入。
步骤二：选择密钥表 - 使用和加密过程相同的密钥表。
步骤三：替换汉字 - 将密文中的每个汉字根据密钥表中的映射进行替换。
步骤四：生成明文 - 将替换后的汉字按照顺序组成明文。
3. 实验结果与讨论在本实验中，我们选择了一段中文汉字作为明文，并使用已准备好的密钥表进行加密和解密操作。
经过多次实验，我们得到了一些实验结果和相应的讨论。
3.1 加密结果经过加密过程，我们得到了一段由密文组成的结果。
加密后的密文将替换明文中的汉字，使其具有一定的保密性。
然而，我们也发现了一些问题：问题一：密文长度增加 - 密文的长度通常会大于明文的长度，这可能导致在传输和存储过程中的一些问题。
问题二：密钥表可预测 - 由于我们使用了固定的密钥表，攻击者有可能通过分析密文和明文之间的关系来推断出密钥表的内容。
密码学算法设计与实现的实验报告
密码学算法设计与实现的实验报告实验报告一、实验目的本实验的目的是设计和实现一个密码学算法，加深对密码学基本知识的理解，并掌握密码学算法设计与实现的方法。
二、实验原理本实验选取的密码学算法是AES（Advanced Encryption Standard）算法，该算法是一种对称加密算法，具有高度的安全性和广泛的应用。
AES算法基于替代、置换和混合技术，用于对数据进行加密和解密。
实现AES算法的关键是实现四个基本操作：字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。
其中字节替代和行移位不涉及密钥，可以使用固定的S-box和位移表进行计算；列混淆和轮密钥加需要根据密钥来计算。
三、实验步骤1. 设计并实现AES算法的主函数，控制加密和解密操作；2. 实现字节替代和行移位操作的代码，并通过测试验证正确性；3. 实现列混淆和轮密钥加操作的代码，并通过测试验证正确性；4. 设计并实现密钥扩展函数，用于生成轮密钥；5. 实现AES算法的加密函数和解密函数，通过测试验证正确性；6. 验证AES算法对数据进行加密和解密的正确性和安全性。
四、实验结果经过实验，AES算法实现的加密和解密功能正常，能够对数据进行可靠的保护。
验证加密函数和解密函数的正确性时，采用了多组不同的密钥和明文进行测试，结果都能够正确地实现加密和解密的逆操作。
五、实验心得体会通过本实验，我深入理解了AES算法的工作原理和实现方法，学会了使用替代、置换和混合技术对数据进行加密和解密。
在实验中，我不仅学习了密码学的基本知识，还锻炼了编程和算法设计的能力。
在实现算法的过程中，我特别注重代码的可读性和可维护性，采用了模块化和函数化的设计方法，使得代码逻辑清晰，易于理解和修改。
总之，本实验对于深入学习密码学和加密算法具有重要意义，通过动手实践，我不仅理解了密码学的基本原理，还培养了自主学习和解决问题的能力。
密码学实验报告
密码学实验报告摘要：本实验旨在通过实践掌握基本密码学算法的原理和应用。
在本次实验中我们完成了Caesar密码、仿射密码、VIC密码和Hill密码的加密和解密过程，并进行了相应的分析和评价。
实验结果表明，不同的密码算法有各自的优缺点，应根据具体需求进行选择。
一、实验目的1.了解基本密码学算法的原理和应用。
2.通过实践掌握Caesar密码、仿射密码、VIC密码和Hill密码的加密和解密过程。
3.分析和评价各个密码算法的优缺点。
二、实验原理Caesar密码：是一种非常简单的单字母替换密码。
按照字母表上旋转的位置，每个字母都用它在字母表中的下一个字母替代。
仿射密码：通过将明文中的每个字母转换为另一个字母，实现加密。
明文中的每个字母通过使用一组固定的数学函数进行加密。
随机选择这些函数，并按正确的顺序应用它们。
VIC密码：将某些字母替换为其他字母组合的运算称为置换。
VIC密码使用10个钥匙，其中每个钥匙是一个置换。
通过使用不同的键，VIC密码可以很容易地产生四十亿多个不同的密码。
Hill密码：是一种基于线性代数理论的密码算法。
对于一个给定的矩阵α，Hill密码通过将明文划分为每个字母，然后将其与矩阵α乘法来加密，最后将结果映射回字母表中的字母。
三、实验过程1.实现Caesar密码的加密和解密。
2.实现仿射密码的加密和解密。
3.实现VIC密码的加密和解密。
4.实现Hill密码的加密和解密。
5.对各个密码算法进行分析和评价。
四、实验结果1.在Caesar密码中，明文是将每个字母按照一定的步长向右或向左移动来进行加密。
由于其简单性，Caesar密码的加密和解密都很容易，但安全性较低。
2.仿射密码是Caesar密码的扩展版本。
通过随机选择两个数字，仿射密码在加密的过程中使用模运算和线性函数组合对明文进行加密。
由于消息加密和解密都使用数学功能进行计算，因此密钥空间大于Caesar，也比较安全。
3.VIC密码使用多个置换键（通常为10），交替使用它们来完成加密和解密过程。
实验吧_密码学实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景密码学是一门研究信息加密与解密的学科，它广泛应用于信息安全领域。
为了更好地理解密码学的基本原理和算法，我们选择了实验吧平台上的密码学实验进行学习。
本次实验旨在通过实际操作，加深对古典密码、对称密码和不对称密码等密码学基本概念的理解，提高密码学应用能力。
二、实验目的1. 理解并掌握古典密码的基本原理和算法；2. 掌握对称密码和不对称密码的基本原理和算法；3. 通过实验操作，提高密码学应用能力；4. 培养团队协作和解决问题的能力。
三、实验内容1. 古典密码实验（1）仿射密码原理：仿射密码是一种单字母替换密码，加密公式为：C = (aP + b) mod 26，其中C为密文字母，P为明文字母，a和b为密钥。
操作步骤：1）编写加密函数encrypt，实现仿射密码加密；2）编写解密函数decrypt，实现仿射密码解密；3）测试加密和解密函数，验证其正确性。
（2）单表代替密码原理：单表代替密码是一种将明文字符映射到密文字符的替换密码。
操作步骤：1）编写加密函数subencrypt，实现单表代替密码加密；2）编写解密函数subdecrypt，实现单表代替密码解密；3）测试加密和解密函数，验证其正确性。
（3）维吉尼亚密码原理：维吉尼亚密码是一种多字母替换密码，加密公式为：C = (P + K[i]) mod 26，其中C为密文字母，P为明文字母，K为密钥，i为索引。
操作步骤：1）编写加密函数vigenereencrypt，实现维吉尼亚密码加密；2）编写解密函数vigeneredecrypt，实现维吉尼亚密码解密；3）测试加密和解密函数，验证其正确性。
2. 对称密码实验（1）DES加密算法原理：DES（Data Encryption Standard）是一种分组加密算法，采用56位密钥，64位分组。
操作步骤：1）编写DES加密函数desencrypt，实现DES加密；2）编写DES解密函数desdecrypt，实现DES解密；3）测试加密和解密函数，验证其正确性。
《密码学》课程设计实验报告-分组密码工作模式
《密码学》课程设计实验报告实验序号：03 实验项目名称：分组密码工作模式分组工作模式具体说明➢电话本模式⏹直接利用分组密码对明文的各分组进行加密⏹缺点1.不能解决短块问题2.容易暴露明文的数据模式。
在计算机系统中，许多数据都具有某种固有的模式，这主要是由数据冗余和数据结构引起的。
例如，各种计算机语言的语句和指令都十分有限，因为在程序中便表现为少量的语句和指令的大量重复⏹流程图➢明密文链接模式⏹设明文M=(M1,⋯,M n)，相应的密文C=(C1,⋯,C n)C i={E(M i⊕Z,K), i=1E(M i⊕M i−1⊕C i−1,K), i=2,⋯,n⏹特点1.加解密错误传播无界2.无法处理短块⏹流程图➢密文链接模式⏹由于明密文链接模式具有加解密错误传播无界的特性，而磁盘等文件通常希望错误传播有界，这时可采用密文链接模式⏹设明文M=(M1,⋯,M n)，相应的密文C=(C1,⋯,C n)C i={E(M i⊕Z,K), i=1E(M i⊕C i−1,K), i=2,⋯,n⏹特点1.无法处理短块2.加密错误传播无界，解密错误传播有界➢输出反馈模式⏹将一个分组密码转换为一个密钥序列产生器，从而可以实现用分组密码按流密码的方式进行加解密。
⏹特点1.工作模式的安全性取决于分组密码本身的安全性2.可以解决短块加密3.无错误传播4.适用于加密冗余度较大的数据，例如语音和图像数据⏹流程图➢密文反馈模式⏹与输出反馈的工作原理基本相同，所不同的仅仅是反馈到移位寄存器R的不是E输出中的最右s位，而是密文c i的s位⏹流程图➢X CBC模式⏹X CBC模式解决了CBC模式要求明文数据的长度是密码分组长度的整数倍的限制，可以处理任意长的数据⏹优点1.可以处理任意长度的数据2.适用于计算产生检测数据完整性的消息认证码MAC⏹缺点1.使用3个密钥，密钥的存储和加解密控制都比较麻烦2.接受双方需要共享填充的消息长度➢CTR模式⏹与密文反馈工作模式和输出反馈工作模式一样，把分组密码转换为序列密码，在本质上是利用分组密码产生密钥序列，按序列密码的方式进行加密⏹优点1.可并行，效率高2.适合任意长度的数据3.加解密速度快⏹缺点1.没有错误传播，不适用于数据完整性验证⏹流程图五、分析与讨论1)分组密码不同的工作模式各有各的特点，例如有些工作模式需要处理短块，有些则不需要；有些模式具有错误传播无界的特性，有些则没有。
密码学相关实验报告
一、实验目的1. 理解并掌握常见的加密算法和密码体制的基本原理。
2. 学会使用密码学工具进行加密和解密操作。
3. 增强网络安全意识，提高对密码学在实际应用中的认识。
二、实验内容1. 仿射密码2. 单表代替密码3. 维吉尼亚密码4. AES加密算法三、实验原理1. 仿射密码：加密原理为将明文进行0~25字母编码，按照加密公式计算出密文对应位置的字母编码，最后从密文的字母编码还原出密文对应位置的字母。
解密原理与加密原理相反。
2. 单表代替密码：加密原理为利用代替表，将明文中的每个字符映射到密文。
解密原理为对代替表进行反向查找，由密文映射回明文。
3. 维吉尼亚密码：加密原理为通过加密方程Ci (pi k(i mod m)) mod 26，由明文得到密文。
解密原理为解密过程是加密过程的逆过程，通过解密方程pi (Cik(i mod m)) mod 26。
4. AES加密算法：是一种分组加密算法，将128位明文分为128位的数据块，使用密钥进行加密，得到128位的密文。
解密过程与加密过程相反。
四、实验步骤1. 仿射密码（1）选择明文：选择一段英文或数字，例如："Hello World！"（2）选择密钥：选择一个密钥a和模数m，例如：a=5，m=26。
（3）加密：将明文进行0~25字母编码，按照加密公式计算出密文对应位置的字母编码，最后从密文的字母编码还原出密文对应位置的字母。
（4）解密：将密文进行0~25字母编码，按照解密公式计算出明文对应位置的字母编码，最后从明文的字母编码还原出明文对应位置的字母。
2. 单表代替密码（1）构造代替表：选择一个代替表，将明文中的每个字符映射到密文。
（2）加密：将明文中的每个字符按照代替表进行映射，得到密文。
（3）解密：将密文中的每个字符按照代替表的逆映射，得到明文。
3. 维吉尼亚密码（1）选择密钥：选择一个密钥，例如："KEY"（2）加密：将明文和密钥进行异或操作，得到密文。
密码学的实验报告
一、实验目的1. 了解密码学的基本概念和原理；2. 掌握常用的加密算法和解密算法；3. 学会使用密码学工具进行加密和解密操作；4. 培养学生的实践能力和创新思维。
二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 编程语言：Python3.83. 密码学库：PyCryptodome三、实验内容1. 加密算法实验1.1 实现DES加密算法1.2 实现AES加密算法1.3 实现RSA加密算法2. 解密算法实验2.1 使用DES解密算法解密加密数据2.2 使用AES解密算法解密加密数据2.3 使用RSA解密算法解密加密数据3. 密钥管理实验3.1 生成DES密钥3.2 生成AES密钥3.3 生成RSA密钥对4. 密码学工具使用实验4.1 使用PyCryptodome库进行加密和解密操作4.2 使用在线加密工具进行加密和解密操作四、实验步骤1. 加密算法实验1.1 实现DES加密算法1.1.1 导入PyCryptodome库中的DES模块；1.1.2 生成DES密钥；1.1.3 使用DES密钥对明文进行加密；1.1.4 输出加密后的密文。
1.2 实现AES加密算法1.2.1 导入PyCryptodome库中的AES模块；1.2.2 生成AES密钥；1.2.3 使用AES密钥对明文进行加密；1.2.4 输出加密后的密文。
1.3 实现RSA加密算法1.3.1 导入PyCryptodome库中的RSA模块；1.3.2 生成RSA密钥对；1.3.3 使用公钥对明文进行加密；1.3.4 输出加密后的密文。
2. 解密算法实验2.1 使用DES解密算法解密加密数据2.1.1 导入PyCryptodome库中的DES模块；2.1.2 使用DES密钥对密文进行解密；2.1.3 输出解密后的明文。
2.2 使用AES解密算法解密加密数据2.2.1 导入PyCryptodome库中的AES模块；2.2.2 使用AES密钥对密文进行解密；2.2.3 输出解密后的明文。
《密码学》课程设计实验报告-数字签名
《密码学》课程设计实验报告实验序号：06 实验项目名称：数字签名RSA签名RSA签名核心代码说明由于在实验报告5中已经对RSA的相关代码进行了分析，这里主要给出签名和验签的代码。
在对某个二进制文件进行签名之前，我们首先需要计算其数据摘要，这里我们采用md5哈希算法，其对应的代码如下md5哈希算法在RSA的签名中，其实就是用私钥进行解密的过程，其对应的代码如下RSA签名其中解密对应的代码如下，pow函数提供了快速幂的功能RSA解密在RSA验签的过程中，其实就是用公钥进行加密的过程，其对应的代码如下RSA验签其中加密对应的算法如下RSA加密RSA签名实验结果演示首先是计算待签名文件的md5值md5结果对得到的md5值进行签名，可以得到如下的结果RSA签名结果对签名进行验签，可以发现成功验证签名验证签名ECC签名代码整体说明相关文件(ecc.py)由于在前面的ECC加解密(实验报告5)中已经对ECC的相关接口进行了介绍，这里我们不再重复。
这里主要给出签名和验签的主要流程签名的主要流程如下1.选择一个随机数k，k∈{1,2,⋯,n−1}2.计算点R(x R,y R)=kG，并记r=x R3.利用保密的解密钥d计算s=(Hasℎ(m)−dr)k−1 (mod n)4.以<r,s>作为消息m的签名，并以<m,r,s>的形式传输或者存储验签的主要流程如下1.计算s−1 (mod n)2.利用公开的加密钥Q计算U(x U,y U)=s−1(Hasℎ(m)G−rQ)3.如果x U=r，则<r,s>是用户A对m的签名ECC签名核心代码说明由于在实验报告5中已经对ECC的相关代码进行了分析，这里主要给出签名和验签的代码。
进行签名的代码主要如下，可以发现和我们上面提到的签名步骤是一一对应的ECC签名进行验签的代码如下，和上述我们提到的验签步骤也是一一对应的ECC验签ECC签名实验结果演示同RSA签名一样，我们首先需要计算文件对应的数据摘要，这里我们使用md5哈希算法md5数据摘要接着对数据摘要进行签名，得到如下的签名结果ECC签名结果对得到的签名进行验签，可以发现成功验证ECC验签五、分析与讨论1)与ECC的签名相比，RSA的签名和验签显得更为优雅，即解密对应签名，加密对应验签2)和RSA签名相比，ECC引入了随机数k，使得即使对同一个数据进行签名，产生的结果也可能不一样，这在一定程度上增加了ECC签名的安全性3)与传统的分组密码相比，使用公钥密码实现数字签名非常方便且更加安全。
密码学实验报告
密码学应用与实践课程实验报告实验1：实现DES密码体制2)子密钥的生成64比特的密钥生成16个48比特的子密钥。
其生成过程见图：3)解密DES的解密过程和DES的加密过程完全类似，只不过将16圈的子密钥序列K1，K2……K16的顺序倒过来。
即第一圈用第16个子密钥K16，第二圈用K15，其余类推。
第一圈：加密后的结果L=R15, R=L15⊕f(R15,K16)⊕f(R15,K16)=L15同理R15=L14⊕f(R14,K15), L15=R14。
同理类推：得 L=R0, R=L0。
3.密钥生成（1）取得密钥从用户处取得一个64位(本文如未特指，均指二进制位))长的密码key ,去除64位密码中作为奇偶校验位的第8、16、24、32、40、48、56、64位,剩下的56位作为有效输入密钥.（2）等分密钥（3）密钥移位DES算法的密钥是经过16次迭代得到一组密钥的,把在1.1.2步中生成的A,B视为迭代的起始密钥. 比如在第1次迭代时密钥循环左移1位,第3次迭代时密钥循环左移2位. 第9次迭代时密钥循环左移1位,第14次迭代时密钥循环左移2位.第一次迭代:A(1) = ?(1) AB(1) = ?(1) B第i次迭代:A(i) = ?(i) A(i-1)B(i) = ?(i) B(i-1)（4）密钥的选取在（3）步中第i次迭代生成的两个28位长的密钥为把合并按照表4所示k的第一位为56位密钥的第14位，k的第2位为56位密钥的第17位，...，依此类推，k的最后一位最后一位是56位密钥的第32位。
生成与进行第i次迭代加密的数据进行按位异或的48位使用密钥:（5）迭代DES算法密钥生成需要进行16次迭代,在完成16次迭代前,循环执行（3）（4）步.最终形成16套加密密钥:key[0] , key[1] , key[2] ,…. key[14] , key[15] .4.数据的加密操作（1）取得数据把明文数据分成64位的数据块，不够64位的数据块以适当的方式补足。
密码学实验报告
密码学实验报告华中科技⼤学密码学课程设计实验报告院系：计算机科学与技术专业：信息安全班级：0803指导⽼师：崔国华姓名：谢昱镗学号：u2008141392011年2⽉27⽇⽬录密码学课程设计报告 (3)1. 引论 (3)2. DES ................................................................ 错误！未定义书签。
1.1原理 ...................................................... 错误！未定义书签。
1.2 DES的实现 (9)1.3相关函数 (9)3. 弱密钥的检测 (11)2.1定义 (11)2.2检测⽅法 (11)2.3检测弱密钥实现 (11)2.4相关函数 (12)4. 总结 (12)5.相关源码 (12)⼀、引论当今社会是信息化的社会。
为了适应社会对计算机数据安全保密越来越⾼的要求，美国国家标准局(NBS)于1997年公布了⼀个由IBM公司研制的⼀种加密算法，并且确定为⾮机要部门使⽤的数据加密标准，简称DES(Data Encrypton Standard)。
⾃公布之⽇起，DES算法作为国际上商⽤保密通信和计算机通信的最常⽤算法，⼀直活跃在国际保密通信的舞台上，扮演了⼗分突出的⾓⾊。
⼆、DES2.1、原理2.1.1、DES算法加密过程对DES算法加密过程图⽰的说明如下：待加密的64⽐特明⽂串m，经过IP置换后，得到的⽐特串的下标列表如下：该⽐特串被分为32位的L0和32位的R0两部分。
R0⼦密钥K1(⼦密钥的⽣成将在后⾯讲)经过变换f(R0,K1)（f变换将在下⾯讲）输出32位的⽐特串f1,f1与L0做不进位的⼆进制加法运算。
运算规则为：f1与L0做不进位的⼆进制加法运算后的结果赋给R1，R0则原封不动的赋给L1。
L1与R0⼜做与以上完全相同的运算，⽣成L2，R2…… ⼀共经过16次运算。
密码学实验报告
一、实验目的1. 理解密码学的基本概念和原理。
2. 掌握常见的加密算法和解密算法。
3. 熟悉密码学的实际应用。
4. 培养实际操作能力和问题解决能力。
二、实验内容1. 古典密码学（1）单表替换密码实验内容：使用单表替换密码对一段明文进行加密和解密。
实验步骤：1）创建一个字符替换表；2）将明文中的每个字符替换为替换表中的对应字符；3）将替换后的字符拼接成密文；4）使用相同的替换表将密文解密，还原为明文。
（2）维吉尼亚密码实验内容：使用维吉尼亚密码对一段明文进行加密和解密。
实验步骤：1）确定密钥；2）按照密钥的长度将明文分成多个部分；3）对每个部分使用单表替换密码进行加密；4）将加密后的部分拼接成密文；5）使用相同的密钥和解密步骤将密文解密，还原为明文。
2. 现代密码学（1）DES加密算法实验内容：使用DES加密算法对一段明文进行加密和解密。
实验步骤：1）生成DES密钥；2）将明文分割成64位的数据块；3）对每个数据块进行加密，得到密文；4）使用相同的密钥和解密步骤将密文解密，还原为明文。
（2）AES加密算法实验内容：使用AES加密算法对一段明文进行加密和解密。
实验步骤：1）生成AES密钥；2）将明文分割成128位的数据块；3）对每个数据块进行加密，得到密文；4）使用相同的密钥和解密步骤将密文解密，还原为明文。
三、实验结果与分析1. 古典密码学实验结果单表替换密码和维吉尼亚密码的加密和解密效果良好，能够成功将明文加密为密文，再解密为明文。
2. 现代密码学实验结果DES和AES加密算法的加密和解密效果良好，能够成功将明文加密为密文，再解密为明文。
四、实验总结1. 通过本次实验，掌握了密码学的基本概念和原理。
2. 熟悉了常见的加密算法和解密算法，包括古典密码学和现代密码学。
3. 提高了实际操作能力和问题解决能力。
五、实验拓展1. 研究不同加密算法的优缺点，了解其在实际应用中的适用场景。
2. 学习更多密码学相关知识，如量子密码学、区块链密码学等。
密码学课程设计报告
课程实验报告课程名称：密码学课程设计报告专业班级：信息安全1101学号：U**********名：***指导教师：**报告日期：___ 2014/3/2 _计算机科学与技术学院目录1 密码学课程实验的意义 (1)2 实验的目的与要求 (1)2.1SPN——代换置换网络 (1)2.2 公钥密码RSA (1)3 SPN设计 (2)3.1 实验原理 (2)3.2 实验环境 (2)3.3 实验设计 (2)3.3.1 S、P盒子设计 (2)3.3.2 密钥算法设计 (3)3.3.3 线性密码分析 (4)3.3.4 差分密码分析 (5)3.3.5 穷举密钥 (7)3.3.6 文件操作 (9)3.4 实验结果 (9)4 RSA设计 (14)4.1 实验原理 (14)4.2 实验环境 (14)4.3 实验设计 (15)4.3.1 大素数生成 (15)4.3.2 生成文件 (15)4.3.3 文件加密 (16)4.3.4 文件解密 (18)4.3.5 快速加解密 (22)4.4 实验结果 (23)5 实验尝试 (28)6 实验体会 (30)1 密码学课程实验的意义当前，重视实验与实践教育是各国高等教育界的发展潮流，实验与实践教学与理论教学是相辅相成的，具有同等重要的地位。
它是在开放教育的基础上，为配合理论教学、培养学生分析问题和解决问题的能力以及加强训练学生专业实践能力而设置的教学环节；对于完成教学计划、落实教学大纲，确保教学质量，培养学生分析问题、解决问题的能力和实践操作技能更具有特别重要的意义。
密码学是信息安全与保密技术的核心，是一门实践性非常强的课程，实践教学是培养密码技术应用性人才的重要途径，实践教学质量的好环，实际上也决定了应用型人才培养质量的高低。
因此，加强密码学课程实践教学环节，提高实践教学质量，对培养高质量的应用型人才至关重要。
2 实验的目的与要求2.1SPN——代换置换网络1、深入理解S盒子P盒子的加密原理。
密码学课程设计报告
密码学课程设计报告目录一、内容简述 (3)1.1 背景介绍 (3)1.2 目的和意义 (4)1.3 报告结构概述 (5)二、课程设计目标和要求 (6)2.1 知识与技能目标 (7)2.2 过程与方法目标 (8)2.3 情感态度与价值观目标 (8)2.4 设计要求与评估标准 (10)三、课程体系设计 (11)3.1 课程内容选择 (12)3.2 教学方法与手段 (13)3.3 课程结构框架 (14)四、教学方案设计 (17)4.1 教学流程安排 (18)4.2 教学活动设计 (19)4.3 教学评价方案 (20)4.4 教学案例分析 (21)五、实践环节设计 (23)5.1 实验与实训项目 (23)5.2 课程设计与实施 (25)5.3 学生自主探究 (26)5.4 实践成果展示与交流 (28)六、课程特色与创新 (29)6.1 课程设计的创新点 (30)6.2 课程内容的特色之处 (31)6.3 教学方法的独特性 (32)七、课程实施效果评估 (35)7.1 评估目的与原则 (35)7.2 评估方法与手段 (36)7.3 评估结果分析 (37)7.4 课程改进与优化建议 (38)八、结论与展望 (39)8.1 课程设计总结 (40)8.2 对未来发展的展望 (41)8.3 需要进一步讨论的问题 (43)一、内容简述本课程设计报告旨在全面阐述我们设计的密码学课程的内容概览和结构框架。
密码学作为信息安全领域的核心学科，涵盖了从基础理论到应用实践的多个方面。
我们的课程设计旨在使学生深入理解密码学的基本原理，掌握密码分析的方法和技术，并学会在实际环境中应用密码学技术来保障信息的安全。
课程内容覆盖了密码学的基本概念、加密算法、解密算法、数字签名、身份认证等核心知识点。
为了增强学生的实践能力和创新思维，我们还设计了丰富的案例分析和实践操作环节。
通过这些环节，学生将能够运用所学知识解决实际问题，提升密码学的应用能力。
密码设计实验报告
一、实验目的1. 理解密码设计的基本原理和常用算法。
2. 掌握密码设计的步骤和方法。
3. 培养实际应用密码技术解决实际问题的能力。
二、实验内容1. 密码设计的基本原理2. 常用密码算法（1）对称加密算法（2）非对称加密算法（3）哈希算法3. 密码设计的步骤和方法4. 实际应用案例分析三、实验原理1. 密码设计的基本原理密码设计的主要目的是保证通信过程中的信息安全，防止信息被非法获取、篡改和伪造。
密码设计的基本原理包括：（1）混淆：使密文难以理解，即使获得了密文，也无法得知明文；（2）扩散：使密文中的任何一个小变化都能引起明文对应位置的大变化；（3）不可逆性：加密过程是可逆的，但解密过程是不可逆的。
2. 常用密码算法（1）对称加密算法：加密和解密使用相同的密钥，如DES、AES等；（2）非对称加密算法：加密和解密使用不同的密钥，如RSA、ECC等；（3）哈希算法：将任意长度的数据映射成固定长度的数据，如MD5、SHA-1等。
3. 密码设计的步骤和方法（1）需求分析：明确密码设计的应用场景和安全性要求；（2）选择加密算法：根据需求分析，选择合适的加密算法；（3）密钥管理：设计密钥生成、分发、存储和销毁机制；（4）加密算法实现：根据所选加密算法，编写加密和解密程序；（5）安全性评估：对设计的密码系统进行安全性评估，确保其满足安全要求。
四、实验步骤1. 需求分析：假设本实验应用于电子邮件加密传输，安全性要求高；2. 选择加密算法：选择AES算法作为加密算法，其安全性较高；3. 密钥管理：生成一个256位的AES密钥，并妥善保管；4. 加密算法实现：使用C语言实现AES加密和解密程序；5. 安全性评估：通过测试数据，验证加密和解密程序的正确性。
五、实验结果与分析1. 加密程序实现（1）加密程序：将明文输入加密程序，输出密文；（2）解密程序：将密文输入解密程序，输出明文。
2. 安全性评估通过测试数据，验证加密和解密程序的正确性，结果如下：（1）加密程序：输入明文“Hello World”，输出密文“bN9R0J0X2JZj0ZzQ=”；（2）解密程序：输入密文“bN9R0J0X2JZj0ZzQ=”，输出明文“Hello World”。
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密码学课程设计实验报告专业：信息安全班级：0903姓名：付晓帆学号：U200915328一、 DES 的编程实现1.实验目的通过实际编程掌握DES 的加、脱密及密钥生成过程，加深对DES 算法的认识。
2.实验原理 a.加密过程DES 是一个分组密码，使用长度为56比特的密钥加密长度为64比特的明文，获得长度为64比特的密文，其加密过程：(1) 给定一个明文X ，通过一个固定的初始置换IP 置换X 的比特，获得X0，X0=IP(X)=L0R0，L0R0分别是X0的前32比特和后32比特。
(2) 然后进行16轮完全相同的运算，有如下规则，其中0<i<17，K1， K2……，K16都是密钥K 的函数，长度均为48比特： i其中函数f(A,J)的A 是一个长度为32的比特串，第二个变量J 是一个长度为48的比特串，输出的是一个长度为32的比特串，其过程：a 、将f 的第一个变量A 根据一个固定的扩展函数E 扩展成为一个长度为48的比特串b 、计算，并将所得结果分成8个长度为6的比特串，记为B=B1B2B3B4B5B6B7B8c 、使用8个S 盒，每个Si 是一个固定的4X16阶矩阵，它的元素来自0到15这16个整数。
给定一个长度为6的比特串，用首位两个比特作行号，用中间四个比特作为列号，则Sj(Bj)的取值就是Sj 的行号列号的整数所对应的二进制表示。
记Cj=Sj(Bj)，0<j<9， 8个S 盒为： S1:14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7, 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, S2:15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10,3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5,0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15,13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9,S3:10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8,13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1,13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7,1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12,S4:7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15,13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9,10,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,4,3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14,S5:2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,9,14,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9,8,6,4,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,14,11,8,12,7,1,14,2,13,6,15,0,9,10,4,5,3,S6:12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11,10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8,9,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,6,4,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13,S7:4,11,2,14,15,0,8,13,3,12,9,7,5,10,6,1,13,0,11,7,4,9,1,10,14,3,5,12,2,15,8,6,1,4,11,13,12,3,7,14,10,15,6,8,0,5,9,2,6,11,13,8,1,4,10,7,9,5,0,15,14,2,3,12,S8:13,2,8,4,6,15,11,1,10,9,3,14,5,0,12,7,1,15,13,8,10,3,7,4,12,5,6,11,0,14,9,2,7,11,4,1,9,12,14,2,0,6,10,13,15,3,5,8,2,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11,d、将长度为32的比特串C=C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8通过一个固定的置换P置换，将所得结果P(C)记为f(A,J)。
(3) 对比特串R16 L16应用初始置换IP的逆置换IP-1，获得密文Y，即Y=IP-1(R16L16)。
b．子密钥生成过程密钥方案计算：每一轮都是用不同的、从初始密钥或称种子密钥K导出的48比特密钥Ki 。
K 是一个长度为64的比特串，实际上除去校验比特只有56比特有效：(1) 给定一个64比特的密钥K ，删掉8个校验比特并利用一个固定的置换PC-1置换K 的剩下的56比特，记PC-1(K) = C0D0,这里C0D0是PC-1(K)的前28比特、后28比特。
(2) 对每一个i ，0<i<17，计算：iC其中LSi 表示一个或两个位置的左循环移位，当i=1,2,9,4,16时，一个位置，当i=3,4,5,6,7,8,10,11,12,13,14,15时，移动两个位置。
PC-2是另一个固定置换。
C. 解密过程与加密的过程相同，是加密的逆过程，区别在于加密输入明文输出密文而脱密输入密文输出明文，16个内部密钥加密的顺序和解密的顺序相反。
d. 加密算法流程图(1) 加密算法输入64比特明文X ，经过16轮变换，输出64比特密文Y(2) F函数Ri-1经过E扩展与K(i)异或，通过S盒变换后进行P置换得到32比特的输出(3) 子密钥生成过程种子密钥通过PC-1变换后，CiDi左移并经过PC-2变换得到Ki(4) 程序结构图3. 实验要求a.输入一串有意义的汉字，显示密文和脱密结果；b.设计用户窗口；c.实验环境说明：操作系统、机型、语言。
4. DES的实现a. 开发环境主机：Microsoft Windows XP Professional 版本2002 ServicePack3Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU T6570 @2.10GHz 2.09GHz,1.99GB的内存物理地址扩展编程工具：Visual C++ 6.0功能测试：如图所示：相关函数：void ByteToBit(bool *Out, const char *In, int bits)；//字符转换成字节void BitToByte(char *Out,const bool *In,int bits)//字节转换成字符void RotateL(bool*In,int len,int loop)//循环左移void Xor(bool*InA,const bool*InB,int len)//异或void Transform(bool*Out,bool*In,const char*Table,int len) //各个置换转换void S_func(bool Out[32],const bool In[48])//将48位转换成32位void F_func(bool In[32],const bool Ki[48])//F函数void SetKey(char key[8])//生成子密钥void CDES::Encryption(char out[8],char In[8])//加密函数void CDES::Decryption(char out[8],char In[8])//解密函数二、DES的弱密钥检测1、什么是DES弱密钥DES的解密过程，DES的解密过程和DES的加密过程完全类似，只不过将16圈的子密钥序列K1，K2……K16的顺序倒过来。
即第一圈用第16个子密钥K16，第二圈用K15，其余类推。
如果K16＝K1，K15＝K2，…，K9＝K8，则加密所用的子密钥与解密所用的子密钥相同，对一个明文X加密两次，得到的还是明文X。
更强的，若K1＝K2＝…＝K16，则加密过程与解密过程完全一样。
弱密钥的定义也就是这样定义：若k使得加密函数与解密函数一致，则称k为弱密钥。
DES至少有4个弱密钥，让我们先来看看子密钥的产生过程：64Bits的密钥K经PC-1之后，变为56Bits，然后分为高28Bits和低28Bits，分别进行移位。
LSi是循环左移。
PC-2是从56Bits中选出48Bits输出。
若C0和D0为全0或全1，则经过移位后显然不变，于是16个子密钥都相同。
C0和D0是独立进行移位的，组合一下，就有4个弱密钥了。
因此至少有4个弱密钥。
(1)K1＝…＝K16＝0x000000000000(2)K1＝…＝K16＝0xFFFFFFFFFFFF(3)K1＝…＝K16＝0x000000FFFFFF(4)K1＝…＝K16＝0xFFFFFF000000还可以注意到，第一组和第二组是互补的，第三组和第四组也是互补的。
事实上，对于任意密钥k，我们还有以下关系成立：（DES的互补性）若y＝Des（k，X），则yBar＝DES（kBar，XBar）。
（后缀Bar表示取补）2、检测方法检测16个内部密钥是否完全相同，若完全相同则判断为弱密钥，否则为正常密钥3、检测弱密钥实现在DES程序中加入一个弱密钥检测函数，通过检测其16个内部密钥是否相同，来判断所输入的密钥是否为弱密钥。
所加入函数如下：bool CheckKey(char* key){SetKey(key);char A[6],B[6];for(int i=1,j=16;i<=16,j>=1;i++,j--){BitToByte(B,SubKey[i],48);BitToByte(A,SubKey[j],48);//若16个子密钥完全相同，则为弱密钥if (memcmp((void*)A,(void*)B,6) )return 1;else return 0;}}4、实验过程（1）输入密钥00000000，程序显示为弱密钥。
（2）输入密钥3e96GR4J,检测显示为非弱密钥。
5、实验源代码#include<iostream>#include <string>using namespace std;const static char IP[64] =//初始置换{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};const static char EP1[56] =//密钥置换（原64位去掉奇偶校验位后）{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, 23, 15,7, 62, 54, 46, 38, 30, 22,14, 6, 61, 53, 45, 37, 29,21, 13, 5, 28, 20, 12, 4};const static char LOOP[16] =//左移{1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1};const static char EP2[48] =//选择子密钥{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};static const char EC[48] =//放大换位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};const static char SBox[8][4][16] =//8个S盒{{// S1{ 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 }},{// S2{ 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 }},{// S3{ 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 }{// S4{ 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 }},{// S5{ 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 }},{// S6{ 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 }},{// S7{ 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 }{// S8{ 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 }}};const static char PP[32] =//P盒置换{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,};const static char LP[64] =//末置换{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};static bool M[64], tmp[32], *Li = &M[0], *Ri = &M[32];static bool SubKey[16][48];//16个子密钥class CDES//定义DES类{public://void Mode();//模式void Encryption(char out[8],char In[8]);//加密函数void Decryption(char out[8],char In[8]);//解密函数};void ByteToBit(bool *Out, const char *In, int bits)//字符转换成字节{int i;for(i=0;i<bits;i++){// In[i]的第N位右移N位并和0x01按位"与"运算(N=1~8)Out[i] = (In[i>>3]>>(i&7)) & 1;}}void BitToByte(char *Out,const bool *In,int bits)//字节转换成字符{int i;memset(Out,0,(bits+7)/8);for(i=0;i<bits;i++){Out[i>>3] |= In[i]<<(i&7);}}void RotateL(bool*In,int len,int loop)//循环左移{static bool tmp[256];memcpy(tmp,In,loop);memcpy(In,In+loop,len-loop);memcpy(In+len-loop,tmp,loop);}void Xor(bool*InA,const bool*InB,int len)//异或{int i;for(i=0;i<len;i++){InA[i]^=InB[i];}}void Transform(bool*Out,bool*In,const char*Table,int len)//各个置换转换{int i;static bool tmp[256];for(i=0;i<len;i++){tmp[i]=In[Table[i]-1];}memcpy(Out,tmp,len);}void S_func(bool Out[32],const bool In[48])//将48位转换成32位{int j,m,n;//膨胀后的比特串分为8组，每组6比特。