《现代密码学》实验教学大纲 适用专业： 信息安全 课程性质： 必做 课程编号： 0602003120 实验学时： 8 课程总学时： 48 开课学期： 第5学期 开课单位： 计算机工程教学实验中心 一、实验目的与要求 本课程实验教学的目的是使学生通过软件编程掌握(1)实现古典密码学中的多表代换 加密(Vigenere加密)的密文进行破译的基本方法；(2)掌握DES加密算法、AES加密 算法，能够在实际的应用系统或安全系统中实现：(3)掌握公钥密码体制模型、RSA算法、 ECC算法、基于RSA和ECC的数字签名机制：能够在实际应用中利用公钥密码算法及签 名机制实现加解密、数字签名、公钥基础设施平台的能力。 实验要求学生掌握Vigenere加密的密文采用重合指数法进行破解的方法：掌握DES、 AES分组加密算法：掌握RSA算法加解密及其数字签名机制：椭圆曲线加解密算法及其数 字签名机制的设计与实现。掌握软件代码的调试方法，对程序运行的正确性进行反复测试， 完成实验报告。 二、实验内容与学时分配 序 学时 号 实验项目 实验 内容 实验类别 开出要求 1.使用Vigenere加密算法在字符集 {az}上的密钥、明文消息的编码、 加密算法的编程实现，明文消息存 多表代换 Vigenere加 储在文本文件plain.tbxt中：(2)利 解密算法及密 用密钥对密文进行解密算法的编程 设计性 必做 钥破解算法的 实现：(3)唯密文攻击：给出一段 实现 Vigenere加密后的密文cipher.txt, 要求破解得到加密密钥key,利用 key进行解密得到明文文件 plain.txt,验证破解是否成功。 (1)绘制AES-128算法流程图： (2)建立一个明文文本文件 plain.txt,从中读取16个字节（字 符)作为AES加密的一个分组 AES加密、解 2 (block):(3)设置的一个AES加 2 验证性 必做 密算法的实现 密算法的KEY=128bits(16个字节 或4个字)：（4)编程实现对一个分 组16个字符的AES加密，得到密 文：(5)对步骤（4)得到的密文
《现代密码学》实验教学大纲 适用专业： 信息安全 课程性质： 必做 课程编号： 0602003120 实验学时： 8 课程总学时： 48 开课学期： 第 5 学期 开课单位： 计算机工程教学实验中心 一、实验目的与要求 本课程实验教学的目的是使学生通过软件编程掌握（1）实现古典密码学中的多表代换 加密（Vigenere 加密）的密文进行破译的基本方法；（2）掌握 DES 加密算法、AES 加密 算法，能够在实际的应用系统或安全系统中实现；（3）掌握公钥密码体制模型、RSA 算法、 ECC 算法、基于 RSA 和 ECC 的数字签名机制；能够在实际应用中利用公钥密码算法及签 名机制实现加解密、数字签名、公钥基础设施平台的能力。 实验要求学生掌握 Vigenere 加密的密文采用重合指数法进行破解的方法；掌握 DES、 AES 分组加密算法；掌握 RSA 算法加解密及其数字签名机制；椭圆曲线加解密算法及其数 字签名机制的设计与实现。掌握软件代码的调试方法，对程序运行的正确性进行反复测试， 完成实验报告。 二、实验内容与学时分配 序 号 实 验 项 目 实 验 内 容 学 时 实验类别 开出要求 1 多表代换 Vigenere 加 解密算法及密 钥破解算法的 实现 1.使用 Vigenere 加密算法在字符集 {a...z}上的密钥、明文消息的编码、 加密算法的编程实现，明文消息存 储在文本文件 plain.txt 中；（2）利 用密钥对密文进行解密算法的编程 实现；（3）唯密文攻击：给出一段 Vigenere 加密后的密文 cipher.txt, 要求破解得到加密密钥 key，利用 key 进行解密得到明文文件 plain.txt，验证破解是否成功。 2 设计性 必 做 2 AES 加密、解 密算法的实现 （1）绘制 AES-128 算法流程图； （ 2 ）建立一个明文文本文件 plain.txt, 从中读取 16 个字节（字 符）作为 AES 加密的一个分组 （block）；（3）设置的一个 AES 加 密算法的 KEY=128bits(16 个字节 或 4 个字)；（4）编程实现对一个分 组 16 个字符的 AES 加密，得到密 文；（5）对步骤（4）得到的密文， 2 验证性 必 做
编程利用密钥key进行解密，并验 证AES加解密程序的正确性。 (1)大整数素性的判定算法以及编 程实现：(2)大整数的运算（乘法 幂模)算法技巧及编程实现：(3) 扩展的Euclid算法求一个整数关 利用RSA算 于模运算的乘法逆元：(4)RSA算 3 法实现加解 法中公钥、私钥的生成算法及编程 2 验证性 必做 密、数字签名 实现：(5)用于RSA算法的明文消 息的编码、分组方法及编程实现： (6)对一个明文分组的RSA加、 解密算法的编程实现：(7)对一个 消息m进行数字签名算法及验证 签名的算法的编程实现。 (1)选定一个椭圆曲线：E89(-1,o): y2=x3-x(mod8g):(2)编程计算 该椭圆曲线上所有在有限域 GF(89)上的，点：(3)编程实现椭圆 曲线上任意一个点P(例如 P=(12,5)的倍点运算的递归算法， 椭圆曲线加密 即计算k*P(k=2,3…):(4)利用 算法的设计与 此递归算法找出椭圆曲线上的所有 A 实现 生成元G以及它们的阶n,即满足 设计性 必做 n*G=O:(5)设计实现某一用户B 的公钥、私钥对的生成算法，即得 public key=(n,G,PB,Ep(a,b)) secure key=nB(小于n)。假如用户 A发送明文消息“yes”并加密传输给 用户B,用户B接收消息后要能解 密为明文。试用ECC密码体制实现 此功能。 三、实验进程安排 序 号 实验项目 实 验 内容 学时 开出要求 开出时间 l.使用Vigenere加密算法在字 多表代换 符集{a.…z}上的密钥、明文消息 的编码、加密算法的编程实现， Vigenere加 解密算法及 明文消息存储在文本文件 必做 14周 密钥破解算 plain.tbxt中：(2)利用密钥对密 文进行解密算法的编程实现： 法的实现 (3)唯密文攻击：给出一段 Vigenere加密后的密文
编程利用密钥 key 进行解密，并验 证 AES 加解密程序的正确性。 3 利用 RSA 算 法实现加解 密、数字签名 （1）大整数素性的判定算法以及编 程实现；（2）大整数的运算（乘法、 幂模）算法技巧及编程实现；（3） 扩展的 Euclid 算法求一个整数关 于模运算的乘法逆元；（4）RSA 算 法中公钥、私钥的生成算法及编程 实现；（5）用于 RSA 算法的明文消 息的编码、分组方法及编程实现； （6）对一个明文分组的 RSA 加、 解密算法的编程实现；（7）对一个 消息 m 进行数字签名算法及验证 签名的算法的编程实现。 2 验证性 必 做 4 椭圆曲线加密 算法的设计与 实现 （1）选定一个椭圆曲线: E89(-1,0)： y2=x3-x (mod 89)；（2）编程计算 该椭圆曲线上所有在有限域 GF(89)上的点；（3）编程实现椭圆 曲线上任意一个点 P( 例 如 P=(12,5))的倍点运算的递归算法， 即计算 k*P( k=2,3,…)；（4）利用 此递归算法找出椭圆曲线上的所有 生成元 G 以及它们的阶 n，即满足 n*G=O；（5）设计实现某一用户 B 的公钥、私钥对的生成算法，即得 到 public key=(n, G, PB, Ep(a, b)) secure key=nB(小于 n)。假如用户 A发送明文消息“yes”并加密传输给 用户 B，用户 B 接收消息后要能解 密为明文。试用 ECC 密码体制实现 此功能。 2 设计性 必做 三、实验进程安排 序 号 实 验 项 目 实 验 内 容 学 时 开出要求 开出时间 1 多表代换 Vigenere 加 解密算法及 密钥破解算 法的实现 1.使用 Vigenere 加密算法在字 符集{a...z}上的密钥、明文消息 的编码、加密算法的编程实现， 明文消息存储在文本文件 plain.txt 中；（2）利用密钥对密 文进行解密算法的编程实现； （3）唯密文攻击：给出一段 Vigenere 加密后的密文 2 必做 14 周
cipher.txt,要求破解得到加密 密钥key,利用key进行解密得 到明文文件plain.txt,验证破解 是否成功。 (1)绘制AES-128算法流程图： (2)建立一个明文文本文件 plain.tt,从中读取16个字节 (字符)作为AES加密的一个 分组(block):(3)设置的一个 AES加密、解 AES加密算法的 2 密算法的实 KEY=128bits(16个字节或4个 2 必做 15周 现 字)：(4)编程实现对一个分组 16个字符的AES加密，得到密 文：(5)对步骤（4)得到的密 文，编程利用密钥key进行解 密，并验证AES加解密程序的 正确性。 (1)大整数素性的判定算法以 及编程实现：(2)大整数的运 算（乘法、幂模）算法技巧及编 程实现：(3)扩展的Euclid算 法求一个整数关于模运算的乘 利用RSA算 法逆元：(4)RSA算法中公钥、 私钥的生成算法及编程实现： 3 法实现加解 必做 (5)用于RSA算法的明文消息 16周 密、数字签名 的编码、分组方法及编程实现： (6)对一个明文分组的RSA 加、解密算法的编程实现：(7) 对一个消息m进行数字签名算 法及验证签名的算法的编程实 现。 (1)选定一个椭圆曲线： E8g(-1,0):y2=x3-x(mod8g): (2)编程计算该椭圆曲线上所 有在有限域GF(89)上的点：(3) 椭圆曲线加 编程实现椭圆曲线上任意一个 密算法的设 点P(例如P=(12,5)的倍点运算 计与实现 的递归算法，即计算 2 必做 17周 k*P(k=2,3,…):(4)利用此递 归算法找出椭圆曲线上的所有 生成元G以及它们的阶n,即 满足n*G=0:（(5)设计实现某 一用户B的公钥、私钥对的生 成算法，即得到public key=(n
cipher.txt, 要求破解得到加密 密钥 key，利用 key 进行解密得 到明文文件 plain.txt，验证破解 是否成功。 2 AES 加密、解 密算法的实 现 （1）绘制AES-128算法流程图； （2）建立一个明文文本文件 plain.txt, 从中读取 16 个字节 （字符）作为 AES 加密的一个 分组（block）；（3）设置的一个 AES 加密算法的 KEY=128bits(16 个字节或 4 个 字)；（4）编程实现对一个分组 16 个字符的 AES 加密，得到密 文；（5）对步骤（4）得到的密 文，编程利用密钥 key 进行解 密，并验证 AES 加解密程序的 正确性。 2 必做 15 周 3 利用 RSA 算 法实现加解 密、数字签名 （1）大整数素性的判定算法以 及编程实现；（2）大整数的运 算（乘法、幂模）算法技巧及编 程实现；（3）扩展的 Euclid 算 法求一个整数关于模运算的乘 法逆元；（4）RSA 算法中公钥、 私钥的生成算法及编程实现； （5）用于 RSA 算法的明文消息 的编码、分组方法及编程实现； （6）对一个明文分组的 RSA 加、解密算法的编程实现；（7） 对一个消息 m 进行数字签名算 法及验证签名的算法的编程实 现。 2 必做 16 周 4 椭圆曲线加 密算法的设 计与实现 （1）选定一个椭圆曲线: E89(-1,0)： y2=x3-x (mod 89)； （2）编程计算该椭圆曲线上所 有在有限域 GF(89)上的点；（3） 编程实现椭圆曲线上任意一个 点 P(例如 P=(12,5))的倍点运算 的递归算法，即计算 k*P( k=2,3,…)；（4）利用此递 归算法找出椭圆曲线上的所有 生成元 G 以及它们的阶 n，即 满足 n*G=O；（5）设计实现某 一用户 B 的公钥、私钥对的生 成算法，即得到 public key=(n, 2 必做 17 周
G,PB,Ep(a,b)) secure key=nB(小于n)。假如 用户A发送明文消息“yes”并加 密传输给用户B,用户B接收 消息后要能解密为明文。试用 ECC密码体制实现此功能。 四、考核方式 《现代密码学》实验成绩由实验报告、四个实验中程序的运行结果及测试分析报告二个 部分组成，前者占成绩的40%，后者占成绩的60%。 五、使用主要仪器设备说明 PC机，Windows OS或Linux OS,C/C++/java/python等开发环境皆可以满足需要。 六、教材及参考书 1.谷利泽，郑世慧，杨义先.现代密码学教程.北京邮电大学出版社，20153（教材）。 2.B.Schneier.Applied cryptograghy second edition:protocols,algorithms,and source code in C.NewYork:John Wiley&Sons,1996.中译本：吴世忠，祝世雄，张文 政译
G, PB, Ep(a, b)) secure key=nB(小于 n)。假如 用户 A 发送明文消息“yes”并加 密传输给用户 B，用户 B 接收 消息后要能解密为明文。试用 ECC 密码体制实现此功能。 四、考核方式 《现代密码学》实验成绩由实验报告、四个实验中程序的运行结果及测试分析报告二个 部分组成，前者占成绩的 40%，后者占成绩的 60%。 五、使用主要仪器设备说明 PC 机，Windows OS 或 Linux OS，C/C++/java/python 等开发环境皆可以满足需要。 六、教材及参考书 1．谷利泽，郑世慧，杨义先. 现代密码学教程. 北京邮电大学出版社，2015.3（教材）。 2．B. Schneier. Applied cryptograghy second edition: protocols, algorithms, and source code in C. NewYork: John Wiley & Sons, 1996. 中译本: 吴世忠, 祝世雄, 张文 政译