密码学实验讲义及实验报告2014

密码学基础

实验指导书

黑龙江大学计算机科学技术学院

2013年3月

目录

前言........................................................................................................................... - 2 -要求与评分标准....................................................................................................... - 3 -1要求. (3)

2评分标准 (3)

实验1 古典密码的实现（3学时） .................................................................... - 4 -实验2 对称密钥密码体制的实现（6学时） .................................................... - 4 -实验3 公开密钥密码算法的实现（6学时） .................................................... - 5 -实验4 数字签名算法的实现（3学时） ............................................................ - 5 -附录1：实验报告格式 ........................................................................................... - 7 -

前言

密码学基础是一门理论性和实践性都很强的课程，各种加密算法、解密算法在现实中有广泛的应用。为了培养学生的实际工作能力，加深对各种算法的理解，本课程在古典密码、对称密钥密码算法、非对称密钥密码算法以及数字签名上均安排了上机实践的内容，使学生在掌握各种算法的原理的基础上，按以下的基本实践内容的要求完成各个算法，达到学以致用的目的。

学生在做加密算法时，对明文利用加密算法进行加密后，需要再利用解密算法进行解密，以便验证结果的正确性；在做数字签名时，对消息进行数字签名后，需要进行验证。

本课程共安排了六个实验题目，每个题目根据难易程度而学时不等。每个同学在实验报告的最后要给出对每个实验的收获、体会、希望和建议以便于不断改进教学积累经验。

要求与评分标准

《密码学基础》课程实验的目的是为了使学生在课堂学习的同时，通过一系列的实验，使学生加深理解和更好地掌握《密码学基础》课程教学大纲要求的内容。

1 要求

在《密码学基础》的课程实验过程中，要求学生做到：

（1）预习实验指导书有关部分，认真做好实验内容的准备，就实验可能出现的情况提前做出思考和分析。

（2）仔细观察调试程序过程中出现的各种问题，记录主要问题，做出必要说明和分析。

（3）认真按照模板书写实验报告。

（4）遵守机房纪律，服从辅导教师指挥，爱护实验设备。

（5）实验课程不迟到。如有事不能出席，所缺实验一般不补。

（6）同学在做实验之前要求熟练掌握一种开发环境进行程序设计。

2 评分标准

实验的验收分为两个部分。第一部分是上机操作，包括设计结果的验收与检查。第二部分是提交书面的实验报告。具体评分标准如下：

（1）实验成绩占总成绩的20%。

（2）每个实验满分5分,验收时按完成情况打分。

实验1 古典密码的实现（3学时）

(一)实验目的

1 了解各种古典密码的加密过程和解密过程

2 掌握两种古典密码加密和解密的具体实现

（二）实验类型

验证型

(三)实验内容与步骤

1 用自己熟悉的语言实现程序。

2 输入明文消息以及密钥。

3 实现一种古典密码的加密、解密过程。

4 实现另一种古典密码。

5 总结古典密码的密钥空间以及安全性。

实验2 对称密钥密码体制的实现（6学时）

(一)实验目的

1 掌握对称密钥密码体制

2 掌握DES加密、解密算法

3 掌握子密钥的产生过程

（二）实验类型

验证

(三)实验内容及步骤

1 消息的分组

在DES算法中，每一次只能对64位明文进行加密，首先对明文消息进行分组，如果消息不够64的整数倍，用零进行填充。

2 初始置换

建立初始置换表，将明文通过置换表进行置换。

3 16次迭代运算

在每一次迭代中，包含扩展置换、子密钥产生、S-盒代替等操作。扩展操作，利用扩展规则，将32位信息扩展成48位。将扩展得到的信息与子密钥进行异或，

子密钥按照子密钥规则产生。S-盒代替，利用8个S盒将48位信息压缩成32为。在迭代中的结构采用Feistel结构。

4 逆置换

将16次迭代的结果进行逆置换产生密文。

5利用加密的逆过程进行解密，验证加密的正确性。

(四)有关说明：

1 该算法加密可以是二进制，也可以是字符或者是数字，如果是字符或者是数字，首先将其转化成比特流。

实验3 公开密钥密码算法的实现（6学时）

(一)实验目的

1 掌握公开密钥密码的原理

2 掌握RSA算法的加密和解密过程

3 用程序实现RSA算法的加密和解密

（二）实验类型

设计型

(三)实验步骤与内容

1 素数的判定

在RSA算法中，需要应用大的素数，采用Rabin-miller算法对大数进行判断，是否为素数。

2大数的运算（小数模拟）

将大数的运算做为一个子程序，完成求逆的过程，产生公开密钥和私有密钥。3幂运算

在RSA算法中，需要进行幂的运算，将此运算做成子函数形式。

4利用RSA算法进行加密，并用私有密钥进行解密。

实验4 数字签名算法的实现（3学时）

(一)实验目的：

1 掌握数字签名的原理

2 掌握其中一种数字签名算法