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实验 1－古典密码算法

一、实验目的

通过编程实现替代密码算法和置换密码算法，加深对古典密码体系的了解，为以后深

入学习密码学奠定根底。

二、实验原理

古典密码算法曾被广泛应用，大都比拟简单。它的主要应用对象是文字信息，利用密

码算法实现文字信息的加密和解密。其中替代密码和置换密码是具有代表性的两种古

典密码算法。

1、替代密码

替代密码算法的原理是使用替代法进展加密，就是将明文中的字符用其他字符替代后

形成密文。例如，明文字母 a、b、c、d，用 D、E、F、G 做对应替换后形成密文。

最早的替代密码是由 Julius Caesar 发明的 Caesar 〔恺撒〕密码，又叫循环移位密

码。它的加密过程可以表示为下面的函数：

E(m) = (m+k ) mod n

其中，m 为明文字母在字母表中的位置数；n 为字母表中的字母个数；k 为密钥；E(m)为

密文字母在字母表中对应的位置数。

例如，对于明文字母 H，其在字母表中的位置数为 8，设 k=4，那么按照上式计算出来

的密文为 L，计算过程如下：

E(8) = (m+k ) mod n = (8+4 ) mod 26 = 12 = L

解密算法是：m = D(L) =〔L-k〕mod 26

2、置换密码

置换密码算法的原理是不改变明文字符，只将字符在明文中的排列顺序改变，从而实

现明文信息的加密。置换密码又称为换位密码。

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，然后又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。例如

明文为 attack begins at $ve ，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：

a t t a c k

b e g i n s

a t f i v e

根据密钥 cipher 中各字母在字母表中出现的先后顺序，得到给定的一个置换：

f = 14 5 3 2 6

因此有：

密钥： 1 4 5 3 2 6

明文： a t t a c k

b e g i n s

a t f i v e

根据上面的置换，将原有矩阵中的字母按照第 1 列、第 4 列、第 5 列、第 3 列、第 2

列、第 6 列的顺序排列、那么有下面的形式：

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