信息安全——古典密码
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一、实验目的
熟悉古典加密算法，能够编程实现各种常见的加密算法。
二、实验任务
1．编程实现欧几里得算法求最大公因子；
2．编程实现凯撒(Caesar)密码；
3．编程实现仿射密码，置换密码；
4．编程实现扩展欧几里得算法（求逆算法）。
三、参考代码
采用古典密码算法作为基础技术手段进行程序开发，并实现了能够完成对提供的明文或密文进行准确的加密与解密处理的功能模块构成一个完整的信息安全防护系统
(1) 欧几里得算法求最大公因子函数定义
int gcd(int x,int y) {
return (x==0)?y:gcd(y%x, x);
}
代码解读(2) 凯撒密码
//凯撒密码实现
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main() {
cout<<"请选择加密(1)或解密(2)：";
int n;cin>>n;
cout<<"请输入字符串：";
string str;cin>>str;
cout<<"请输入密钥：";
int k;cin>>k;
if(n==1) {
//加密
for(int i=0;i<str.length();i++) {
if(str[i]>='A'&&str[i]<='Z') {
str[i] = (str[i]-'A'+k)%26+'A';
}
if(str[i]>='a'&&str[i]<='z') {
str[i] = (str[i]-'a'+k)%26+'a';
}
}
cout<<str<<endl;
}
else if(n==2) {
//解密
for(int i=0;i<str.length();i++) {
if(str[i]>='A'&&str[i]<='Z') {
str[i] = (str[i]-'A'-k)%26+'A';
}
if(str[i]>='a'&&str[i]<='z') {
str[i] = (str[i]-'a'-k)%26+'a';
}
}
cout<<str<<endl;
}
else {
cout<<"输入错误！"<<endl;
}
return 0;
}
代码解读（3）仿射密码
加密代码：
//加密代码：
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
/*
仿射密码
参数选取：模数n=26+10=36，k2为学号后2位；k1为与学号后2位最近的素数。
加解密：加密自己名字的全拼和学号，再解密。
*/
int n = 36;
string m, c;
int buff[32], len = 0, k1 = 0, k2 = 0;
cout << "输入明文：" << endl;
cin >> m;
cout << "输入k1:";
cin >> k1;
cout << "输入k2:";
cin >> k2;
//把明文转化成10进制整数,0-9,a-z分别代表十进制0-36
for (int i = 0; m[i] != '\0'; i++)
{
//字母转10进制整数
if (m[i] > '9')
buff[i] = m[i] - 87;
else
buff[i] = m[i] - 48;//0ASCII为48
len++;
}
//加密运算,C=k1*m+k2 mod n;
for (int i = 0; i < len; i++)
{
buff[i] = (buff[i] * k1 + k2) % n;
}
//把数字对应为密文空间内的字符
for (int i = 0; i < len; i++)
{
if (buff[i] < 10)
m[i] = buff[i] + 48;
else
m[i] = buff[i] + 87;
}
cout << "密文为：" << endl;
for (int i = 0; i<len; i++)
{
cout << m[i];
}
cout << endl;
//解密,M=(C-k2)*k1^(-1)
system("pause");
return 0;
}
代码解读解密代码：
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <string>
using namespace std;
//求解x^(-1)mod p
int GetIne(int x, int p)
{
for (int i = 0; i<p; i++)
{
if (x*i%p == 1)
{
x = i;
break;
}
}
return x;
}
int main()
{
/*
仿射密码
参数选取：模数n=26+10=36，k2为学号后2位；k1为与学号后2位最近的素数。
加解密：加密自己名字的全拼和学号，再解密。
*/
int n = 36;
string m, c;
int buff[32], len = 0, k1 = 0, k2 = 0, k = 0;
cout << "输入密文：" << endl;
cin >> m;
cout << "输入k1:";
cin >> k1;
cout << "输入k2:";
cin >> k2;
//把明文转化成10进制整数,0-9,a-z分别代表十进制0-36
//解密,M=(C-k2)*k1^(-1)
for (int i = 0; m[i] != '\0'; i++)
{
//字母转10进制整数
if (m[i] > '9')
buff[i] = m[i] - 87;
else
buff[i] = m[i] - 48;//0ASCII为48
len++;
}
//解密运算,M=(C-k2)*k1^(-1)
k = GetIne(k1, n);
for (int i = 0; i < len; i++)
{
buff[i] = ((buff[i] - k2)*k) % n;
if (buff[i] < 0)
buff[i] += n;
//buff[i] = (buff[i] * k1 + k2) % n;
}
//把数字对应为明文空间内的字符
for (int i = 0; i < len; i++)
{
if (buff[i] < 10)
m[i] = buff[i] + 48;
else
m[i] = buff[i] + 87;
}
cout << "明文为：" << endl;
for (int i = 0; i<len; i++)
{
cout << m[i];
}
cout << endl;
system("pause");
return 0;
}
代码解读(4) 置换密码
加密代码：
/*置换密码
参数选取：分组长度为7；置换关系随机选取；
加解密：加密自己名字的全拼和学号（长度不足时后面全补填充长度），再解密。
string中的函数：
swap（）--交换字符
push_back() --插入字符
*/
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string m;
system("title = 加密");
cout << "输入明文：" << endl;
cin >> m;
//cout << "string长度：" << m.size()<<endl;
遍历明文
//for (int i=0;m[i]!='\0';i++)
//{
// cout << m[i];
//}
//cout << endl;
//如果明文不足7的倍数就填字符A
for (int i = m.size(); i % 7 != 0; i++)
{
m.push_back('A'); //在字符串后面插入字符A
}
//cout << "string长度：" << m.size() << endl;
遍历
//for (int i = 0;i<m.size(); i++)
//{
// cout << m[i];
//}
//加密
for (int i = 0; i < m.size(); i += 7)
{
swap(m[i], m[i + 2]);//f(1)
swap(m[i], m[i + 6]);//f(2)
swap(m[i], m[i + 3]);//f(3)
swap(m[i], m[i + 0]);//f(4)
swap(m[i], m[i + 5]);//f(5)
swap(m[i], m[i + 1]);//f(6)
swap(m[i], m[i + 4]);//f(7)
}
//输出密文
cout << "密文为：" << endl;
for (int i = 0; i<m.size(); i++)
{
if (i != 0 && i % 7 == 0)
cout << endl;
cout << m[i];
}
cout << endl;
system("pause");
return 0;
}
代码解读解密代码：
/*置换密码
参数选取：分组长度为7；置换关系随机选取；
加解密：加密自己名字的全拼和学号（长度不足时后面全补填充长度），再解密。
string中的函数：
swap（）交换字符
push_back()插入字符
*/
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string m;
cout << "输入密文：" << endl;
cin >> m;
system("title = 解密");
//cout << "string长度：" << m.size()<<endl;
遍历明文
//for (int i=0;m[i]!='\0';i++)
//{
// cout << m[i];
//}
//cout << endl;
//cout << "string长度：" << m.size() << endl;
遍历
//for (int i = 0;i<m.size(); i++)
//{
// cout << m[i];
//}
//解密
for (int i = 0; i < m.size(); i += 7)
{
swap(m[i], m[i + 4]);//f(7)
swap(m[i], m[i + 1]);//f(6)
swap(m[i], m[i + 5]);//f(5)
swap(m[i], m[i + 0]);//f(4)
swap(m[i], m[i + 3]);//f(3)
swap(m[i], m[i + 6]);//f(2)
swap(m[i], m[i + 2]);//f(1)
}
//输出明文
cout << "明文为：" << endl;
for (int i = 0;m[i] != 'A'; i++)
{
/*if (i != 0 && i % 7 == 0)
cout << endl;*/
cout << m[i];
}
cout << endl;
system("pause");
return 0;
}
代码解读（5）扩展欧几里得算法实现
算法原理：
参考代码：
#include<iostream>
using namespace std;
int gcd(int x,int y) {
return (x==0)?y:gcd(y%x, x);
}
int main() {
cout<<"请输入模数：";
int m;cin>>m;
cout<<"请输入值：";
int k;cin>>k;
int a[3] = {1,0,m};
int b[3] = {0,1,k};
int temp[3]={0,0,0};
int q = 0;
while(1) {
if(b[2]==0) {
a[2] = gcd(a[2],b[2]);
cout<<"no inverse!";
break;
}
if(b[2]==1) {
b[2] = gcd(a[2],b[2]);
cout<<"该值的逆元为:";
cout<<(b[1]+m)%m;
break;
}
q = a[2]/b[2];
for(int i=0;i<3;i++) {
temp[i] = a[i] - q * b[i];
a[i] = b[i];
b[i] = temp[i];
}
}
return 0;
}
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