西安理工大学实验报告

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西安理工大学实验报告

课 程： 信息安全

班 级： 计升本101

学 号： 2100912011 指导老师： 吕林涛、王勇超 姓 名： 张亚妮 报告退发： 日 期： 2011-12-09 至 2011-12-16 教师审批签字： 一、实验题目：置换密码技术实现程序开发

二、实验目的

通过置换密码算法的实现，进一步掌握置换密码算法的原理，为今后的工程应用打下坚实的基础。

三、实验原理

置换密码亦称换位密码。置换只不过是一个简单的换位。每个置换都可以用一个置换矩阵Ek来表示。每个置换都有一个与之对应的逆置换Dk。置换密码的特点是仅有一个发送方和接收方知道的加密置换（用于加密）和对应的逆置换（用于解密）。它是对明文L长字母组中的字母位置进行重新排列，而每个字母本身并不改变。

令明文为 mm1m2mL。令置换矩阵所决定的置换为，则

加密置换 CEk(c1c2cL)m(1)m(2)m(L)

解密置换 dDk(c1(1)1(2)cc1(L))

四、实验环境

运行windows操作系统的PC机，具有VC、C、VB等语言编译环境。

五、实验内容

(1)预习准备：实验目的、实验原理；

(2) 建立置换矩阵模型和明文分段；

(3)分别设计置换密码技术加密和解密程序；

(4)设计实验过程和环境，例如可以通过电子邮件相互传送；

(5)设计实验用的测试用例（加密文件）；

(6)实验结果分析：分析影响置换密码技术加密体制安全性的因素，其他发现和想到的问题。

六、源代码

package Practice1;

import java.util.Arrays;

import java.util.Scanner;

public class ReplaceDemo {

private String sourceString =

private String keyString =

private int[] secretMatrix;

private char groupedSource[][];

private void getSource(){//Get the source String

Scanner scan = new Scanner(System.in);

System.out.print(

System.out.print(

keyString = scan.next();

}

public ReplaceDemo(){//constructor for this class

getSource();

}

private void groupSourceString(){//make groups for sourceString according by the keyString

int sourceLen = sourceString.length();

int keyLen = keyString.length();

groupedSource = new char[sourceLen/keyLen+1][keyLen];

if (sourceLen%keyLen!=0){

for (int i = 0;i

sourceString +=

}

}

sourceLen = sourceString.length();

for(int i = 6,j=0;i

groupedSource[j] = sourceString.substring(i-keyLen, i).toCharArray(); }

}

private void getTheMatrix(){//get the Matrix for the encrypt char[] temp01 = keyString.toCharArray();

secretMatrix = new int[keyString.length()];

Arrays.sort(temp01);

for (int i = 0;i

for (int j = 0;j

if (keyString.toCharArray()[i]==temp01[j]){

secretMatrix[i] = j;

}

}

}

}

private void changeSourceMatix(){

groupSourceString();

char temp[][] = new char[groupedSource.length][keyString.length()]; for (int i = 0;i

for (int j = 0;j

temp[i][j] = groupedSource[i][j];

}

}//请教Java老师

for (int i = 0;i

for (int j = 0;j

groupedSource[i][j] = temp[i][secretMatrix[j]];

}

}

}

private void getEncryptedString(){//get the matrix which will be printed. groupSourceString();

changeSourceMatix();

char temp[][] = new char[groupedSource.length][keyString.length()]; for (int i = 0;i

for (int j = 0;j

temp[i][j] = groupedSource[i][j];

}

}

for (int i = 0;i

for (int j = 0;j

groupedSource[i][j] = temp[i][secretMatrix[j]];

}

}

}

public void print1(){//print the code have Encrypted

getEncryptedString();

for(int i = 0;i

for(int j = 0;j

System.out.print(groupedSource[j][i]);

}

}

System.out.println();

}

//decryption process

private void groupEncryptedString(){

int sourceLen = sourceString.length();

int keyLen = keyString.length();

char[][] temp = new char[keyLen][sourceLen/keyLen+1];

for (int i = 0;i

temp[i] = sourceString.substring(i*sourceLen/keyLen,

(i+1)*sourceLen/keyLen).toCharArray();

}

groupedSource = new char[sourceLen/keyLen+1][keyLen];

for(int j = 0; j

for (int i = 0;i

groupedSource[j][i] = temp[i][j];

}

}

}

private void getDecryptString(){//get the matrix which will be printed. groupEncryptedString();

char temp[][] = new char[groupedSource.length][keyString.length()]; for (int i = 0;i

for (int j = 0;j

temp[i][j] = groupedSource[i][j];

}

for (int i = 0;i

for (int j = 0;j

groupedSource[i][j] = temp[i][secretMatrix[secretMatrix[j]]]; }

}

}

public void print2(){//print the code have Encrypted

getDecryptString();

for(int j = 0;j

for(int i = 0;i

System.out.print(groupedSource[j][i]);

}

}

System.out.println();

}

public static void main(String args[]){

ReplaceDemo RD = null;

Scanner scanin = null;

System.out.println(

operate:\t(select “0” for encrypte and select “1” for decrypt.)

int selected = scanin.nextInt();

while(selected==0 || selected==1){

RD = new ReplaceDemo();

RD.getTheMatrix();

if (selected == 0){

RD.print1();

}

else{

RD.print2();

}

System.out.println(

operate:\t(select “0” for encrypte and select “1” for decrypt.)

selected = scanin.nextInt();

System.out.println(

}

}

七、实验结果

例如，明文为attack begins at five，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：

根据密钥cipher中各个字母在字母表中出现的先后顺序，给定一个置换：

由密钥cipher通过getTheMatrix方法得到f矩阵。

根据上面的置换，将原有居住中的字母按照第1列、第4裂、第5裂、第3裂、第2列、第6列的顺序排列，则有下面的形式：

这里经过了一点处理就是当输入的字母数不是密钥长度的整数倍时，在输入的备加密字符串加上几个“#”来完成补全，然后参加到加密的过程中去，从而得到如下的密文：

a siteaetb vci #agt#knf#

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。

本实验中也使用了上述的测试用例，主要经过两次依据矩阵的变换，都是使用矩阵f中的下面一行中的数值所在列来替换上面一行数值表示的列的值，从而来改变起序列、完成加密。

解密中用到groupedSource[i][j]=temp[i][secretMatrix[secretMatrix[j]]]; 来完成将原来经过矩阵转变来的字符序列逆转，从而得到起加密前的矩阵。

八、 实验总结

通过对本次实验的练习，使我们大家都对置换密码技术实现程序开发有了一定的了解。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，然后用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。

首先，置换密码技术的密钥是这样产生的：

密钥生成首先要使用概率算法来验证随机产生的大的整数是否质数，这样的...此外寻找质数的算法不能给攻击者任何信息，每个密码都有不同的用于密钥的格式，需要确保密钥的生成是随机的，需要遵循下面在步骤：

1>、为加密算法获取KeyGenerator;

2>、用随机源来初始化密钥发生器，如果密码块的长度是可变的，还需要指定期望的密码块长度。

3>、调用generateKey方法。

其次，置换密码算法的实现过程如下：

再次，置换密码算法的优缺点如下：

优点：加密效率高，硬件实现可达每秒数百兆字节（软件实现略慢一些）密钥相对比较短，可以用来构造各种密码机制，可以用来建造安全性更强的密码； 缺点：通信双方都要保持密钥的秘密性，，在大型网络中，每个人需持有许多密钥，为了安全，需要经常更换密钥。

九、参考文献

[1]吕林涛等.网络信息安全技术概论（第二版）.北京：科学出版社，2010.6

[2]梁亚声等.计算机网络安全技术教程.北京：机械工业出版社，2005.2

[3]周明全，吕林涛，李军怀.网络网络与信息安全技术（第二版）.西安：西安电子科技大学出版社，2010.7

[4] 吕林涛等.《信息安全》实验指导书.校编，2011