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基础。
二、实验原理
古典密码算法曾被广泛应用，大都比较简单。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行加密，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，则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 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：
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 = 1 4 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、则有下面的形式：
a a c t t k
b i n g e s a i v f t e 从而得到密文：abatgftetcnvaiikse
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。
三、实验环境
PC机，C或C++编译环境
四、实验内容和步骤 1、 替代算法：
（1） 根据实验远离部分对替代密码算法的介绍，创建明文信息，并选择一个密钥k，编
写替代密码算法的实现程序，实现加密和解密操作。 替代密码包括多种类型，如单表替代密码、多明码替代密码、多字母替代密码、多表替代密码等。
（2） 结果截图：
（3）
流程图：
开始 创建明文信息 输入密钥 加密操作 解密操作 结束
2、 置换算法
（1） 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。置换密码有时又称为换位密码。 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字母，从而形成密文。
（2） 实验截图：
（3）
