密码学课程设计报告

密码学

课程设计报告

班级：信安09-2班

姓名：李明月

学号：08093755

目录

1 古典密码算法—凯撒密码 (4)

1.1凯撒密码概述 (4)

1.2算法原理及设计思想 (4)

1.3主要算法分析 (4)

1.4程序运行结果 (4)

1.5密码安全性分析 (5)

2 序列密码—RC4 (5)

2.1 RC4算法概述 (5)

2.2 算法原理及设计思想 (5)

2.3 程序主要算法分析 (6)

2.4 程序运行结果 (7)

2.5 算法分析 (7)

3 分组密码算法 (8)

3.1 DES加解密算法的实现 (8)

3.1.1 DES算法概述 (8)

3.1.2 算法原理及设计思想 (8)

3.1.3 程序主要算法分析 (11)

3.1.4 程序运行结果 (13)

3.1.5 安全性分析 (14)

3.2 AES加解密算法的实现 (14)

3.2.1 AES算法概述 (15)

3.2.2 算法原理及设计思想 (15)

3.2.3 程序主要算法分析 (17)

3.2.4 程序运行结果 (22)

3.2.5 安全性分析 (22)

4 HASH函数—MD5算法 (23)

4.1 算法概述 (23)

4.2 算法原理及设计思想 (23)

4.3 程序主要算法分析 (26)

4.4 程序运行结果 (28)

4.5 安全性分析 (28)

5 公钥密码算法---RSA (29)

5.1 算法概述 (29)

5.2算法原理及设计思想 (29)

5.2.1 算法描述—密钥生成 (29)

5.2.2 算法描述—加密、解密 (29)

5.2.3 原理 (29)

5.3程序主要算法分析 (30)

5.4程序运行结果 (31)

5.5安全性分析 (31)

6 设计体会 (32)

一、古典密码算法---凯撒密码

1.1凯撒密码概述

凯撒密码作为一种最为古老的对称加密体制，在古罗马的时候都已经很流行，他的基本思想是：通过把字母移动一定的位数来实现加密和解密。例如，如果密钥是把明文字母的位数向后移动三位，那么明文字母B就变成了密文的E，依次类推，X将变成A，Y变成B，Z变成C，由此可见，位数就是凯撒密码加密和解密的密钥。

它是一种代换密码。据说凯撒是率先使用加密函的古代将领之一，因此这

种加密方法被称为凯撒密码。

在密码学中凯撒密码（或称凯撒加密、凯撒变换、变换加密）是一种最简单且最广为人知的加密技术。它是一种替换加密的技术，明文中的所有字母都在字母表上向后（或向前）按照一个固定数目进行偏移后被替换成密文。例如，当偏移量是3的时候，所有的字母A将被替换成D，B变成E，以此类推。这个加密方法是以凯撒的名字命名的，当年凯撒曾用此方法与其将军们进行联系。凯撒密码通常被作为其他更复杂的加密方法中的一个步骤，例如维吉尼亚密码。凯撒密码还在现代的ROT13系统中被应用。但是和所有的利用字母表进行替换的加密技术一样，凯撒密码非常容易被破解，而且在实际应用中也无法保证通信安全。

1.2算法原理及设计思想

它是一种替代密码，通过将字母按顺序推后起3位起到加密作用，如将

字母A换作字母D，将字母B换作字母E。因据说恺撒是率先使用加密函的

古代将领之一，因此这种加密方法被称为恺撒密码。这是一种简单的加密方法，这种密码的密度是很低的，只需简单地统计字频就可以破译。现今又叫“移位密码”，只不过移动的为数不一定是3位而已。

密码术可以大致别分为两种，即易位和替换，当然也有两者结合的更复

杂的方法。在易位中字母不变，位置改变；替换中字母改变，位置不变。

凯撒密码表就是用D代a，用E代b，……，用z代w，（注意！）用A带x，

用B代y，C代z。这些代替规则也可用一张表格来表示（所以叫“密表”）。

1.3主要算法分析

//密码表的定义

char a[26];

for(int i=0;i<26;i++) a[i]=char(65+i);

//明文转化为凯撒密码

for(int h=0;h

g[h]=int(s[h]);

l=((g[h]-65)+key)%26;

//凯撒密码转化为明文

for(int v=0;v

e[v]=int(q[v]);

b=((e[v]-65)-key1+26)%26;

1.4程序运行结果

1.5密码安全性分析

凯撒密码是没有密钥的，即使没有密钥也能将它破解出来，因为凯撒移位密码只有25种密钥，最多就是将这25种可能性挨个检测一下可以了，这就是我们所说的暴力破解法。也可在用软件破解，不过我提倡用人工的。

推理的方法：

1、对于有空格的凯撒移位，单字母A和I是突破口，这无异相当于告诉了移动的位数，这样很容易就被破解了。所以，如果我们要用凯撒密码的话一定要去掉空格加大破解难。

2、差数法

有空格时，而又没有单字母A和I时，这种方法很，如果我们令A=1,B=2,C=3......就是每个字母是字母的第几个，经过移位后的单词，每两相邻的字母之间的差值不变的。如the的差值为12,3（在这里我是用后面的一个字母减前面的一个字母，当然你也可以用后面的一个字母减前面的一个字母），移动后两个相邻字母的差值也将会是1，2，3。对于没有空格的恺撒破解起来就比有空格的难一些，对于没有空格的我们还要对密文进行分析，找出重复出现的字母串，然后对字母串进行猜测，例，如果有3个字母串，出现的次数比较高，我们就可以假设它为the 因为3个字母串出现次最多的就是the，当然这不是一成不变的，这时应该就被破解了。

二、序列密码—RC4

2.1 RC4算法概述

RC4加密算法是大名鼎鼎的RSA三人组中的头号人物Ron Rivest在1987年设计的密钥长度可变的流加密算法簇。之所以称其为簇，是由于其核心部分的S-box长度可为任意，但一般为256字节。该算法的速度可以达到DES加密的10倍左右。RC4算法是一种在电子信息领域加密的技术手段，用于无线通信网络，是一种电子密码，只有经过授权（缴纳相应费用）的用户才能享受该服务。RC4算法的原理很简单，包括初始化算法和伪随机子密码生成算法两大部分。

2.2算法原理及设计思想

RC4流密码是一种可变密钥长度、面向字节操作流密码。以随机置换为基础。广泛的用于SSL/TLS标准当中。

RC4算法可以分为两个部分，第一是依据种子密钥，利用密钥调度算法对数据表S进行重新排列，第二部分是利用伪随机数生成算法，从已重新排列的数据表S中取出一个字节。每取出一个字节，数据表S将发生变化。

RC4描述起来也很简单：用从1到256个字节(8-2048比特)的可变长度密钥初始化一个256字节的状态向量S，S的元素标记为S[0],S[1],…，S[255]，从始至终置换后的S包含从0-255的所有8比特数。对于加密和解密，字节K由S 中255个元素按照一定的方式选出一个元素生成。每生成一个K值，S中元素的个体就被重新置换一次。

2.3 程序主要算法分析

初始化S

开始时，S中的值被置为按升序0-255，即S[0]=0，S[1]=1,…,S[255]=255。同时建立一个临时变量T。如果密钥K的长度为256字节，则将K赋给T。否则若密钥长度为keylen字节，则将K的值赋给T的前keylen个元素，并循环重复用K的值赋给T剩下的元素，直到T的所有元素被赋值。

然后用T产生的S初始置换，从S[0]到S[255]，对每个S[i]，根据T[i]确定的方案，将S[i]置换为S中的另一字节。因为对S的操作仅仅为交换，所以唯一的改变就是置换。S仍然包含所有值0-255的元素。

void rc4_setup(struct rc4_state *s, unsigned char *key, int length) {

int i, j, k, *m, a;

s->x = 0;

s->y = 0;

m = s->m;

for(i = 0; i < 256; i++)

{

m[i] = i;

}

j = k = 0;

for(i = 0; i < 256; i++)

{

a = m[i];

j = (unsigned char)(j + a + key[k]);

m[i] = m[j]; m[j] = a;

if(++k >= length) k = 0;

}

}

密钥流的生成

向量S一旦初始化完成，输入密钥就不再被使用。密钥流的生成是从S[0]到S[255]，对每个S[i]，根据当前S的值，将S[i]与S中的另一字节置换。当S[255]完成置换后，操作继续重复从S[0]开始。

加密中，将k的值与下一明文字节异或；解密中，将k的值与下一密文字节异或。

void rc4_crypt(struct rc4_state *s, unsigned char *data, int length) {

int i, x, y, *m, a, b;

x = s->x;

y = s->y;

m = s->m;

for(i = 0; i < length; i++)

{

x = (unsigned char)(x + 1); a = m[x];

y = (unsigned char)(y + a);

m[x] = b = m[y];

m[y] = a;

data[i] ^= m[(unsigned char)( a + b )];

}

s->x = x;

s->y = y;

}

2.4程序运行结果

2.5算法分析

RC4算法的优点是：算法简单、高效，特别适合软件实现，RC4是目前应用最广的商密级序列密码，目前被用于SSL/TLS标准中。

由于RC4算法加密是采用的xor，所以，一旦子密钥序列出现了重复，密文就有可能被破解。那么，RC4算法生成的子密钥序列是否会出现重复呢？经过我的测试，存在部分弱密钥，使得子密钥序列在不到100万字节内就发生了完全的重复，如果是部分重复，则可能在不到10万字节内就能发生重复，因此，推荐在使用RC4算法时，必须对加密密钥进行测试，判断其是否为弱密钥。

但在2001年就有以色列科学家指出RC4加密算法存在着漏洞，这可能对无线通信网络的安全构成威胁。

以色列魏茨曼研究所和美国思科公司的研究者发现，在使用“有线等效保密规则”（WEP）的无线网络中，在特定情况下，人们可以逆转RC4算法的加密过程，获取密钥，从而将己加密的信息解密。实现这一过程并不复杂，只需要使用一台个人电脑对加密的数据进行分析，经过几个小时的时间就可以破译出信息的全部内容。

专家说，这并不表示所有使用RC4算法的软件都容易泄密，但它意味着RC4算法并不像人们原先认为的那样安全。这一发现可能促使人们重新设计无线通信网络，并且使用新的加密算法。

三、分组密码

3.1 DES加解密算法的实现

3.1.1DES加解密算法概述

1977年1月，美国政府颁布：采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准（DES Data Encryption Standard）。DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，以此来实现关键数据的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密传输，IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等，均用到DES算法。

DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。

DES是一个分组密码算法，它使用56位的密钥，以64位为单位对数据分组进行加密解密（密文和明文的分组长度相同，均为64位），DES加密与解密使用同一密钥，DES的保密性依赖于密钥。

DES的加密过程可简单描述为三个阶段：

3.1.2算法原理及设计思想

DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，它所使用的密钥也是64位,其功能是把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0 、R0两部分，每部分各长32位，其置换规则见下表：

58,50,12,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,

62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,

57,49,41,33,25,17, 9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,

61,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7,

即将输入的第58位换到第一位，第50位换到第2位，……，依此类推，最后一位是原来的第7位。 L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0 是右32位，例：设置换前的输入值为D1D2D3……D64，则经过初始置换

后的结果为：L0=D550......D8；R0=D57D49 (7)

经过26次迭代运算后，得到L16、R16，将此作为输入，进行逆置换，即得到密文输出。逆置换正好是初始置的逆运算，例如，第1位经过初始置换后，处于第40位，而通过逆置换，又将第40位换回到第1位，其逆置换规则如下表所示：

40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,31,

38,6,46,14,54,22,62,30,37,5,45,13,53,21,61,29,

36,4,44,12,52,20,60,28,35,3,43,11,51,19,59,27,

34,2,42,10,50,18,58 26,33,1,41, 9,49,17,57,25,

放大换位表

32, 1, 2, 3, 4, 5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 8, 9, 10,11,

12,13,12,13,14,15,16,17,16,17,18,19,20,21,20,21,

22,23,24,25,24,25,26,27,28,29,28,29,30,31,32, 1,

单纯换位表

16,7,20,21,29,12,28,17, 1,15,23,26, 5,18,31,10,

2,8,24,14,32,27, 3, 9,19,13,30, 6,22,11, 4,25,

在f(Ri,Ki)算法描述图中，S1,S2...S8为选择函数，其功能是把6bit数据变为4bit数据。下面给出选择函数Si(i=1,2......8)的功能表：

选择函数Si

S1:

14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7,

0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8,

4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0,

15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13,

S2:

15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10,

3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5,

0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15,

13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9,

S3:

10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8,

13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1,

13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7,

1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12,

S4:

7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15,

13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9,

10,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,4,

3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14,

S5:

2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,9,

14,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9,8,6,

4,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,14,

11,8,12,7,1,14,2,13,6,15,0,9,10,4,5,3,

S6:

12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11, 10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8, 9,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,6, 4,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13, S7:

4,11,2,14,15,0,8,13,3,12,9,7,5,10,6,1, 13,0,11,7,4,9,1,10,14,3,5,12,2,15,8,6, 1,4,11,13,12,3,7,14,10,15,6,8,0,5,9,2, 6,11,13,8,1,4,10,7,9,5,0,15,14,2,3,12, S8:

13,2,8,4,6,15,11,1,10,9,3,14,5,0,12,7, 1,15,13,8,10,3,7,4,12,5,6,11,0,14,9,2, 7,11,4,1,9,12,14,2,0,6,10,13,15,3,5,8, 2,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11,

加密流程图如下所示：

密钥生成过程

1、子密钥Ki(48bit)的生成算法

初始Key值为64位，但DES算法规定，其中第8、16、......64位是奇偶校验位，不参与DES运算。故Key 实际可用位数便只有56位。即：经过缩小选择换位表1的变换后，Key 的位数由64 位变成了56位，此56位分为C0、D0两部分，各28位，然后分别进行第1次循环左移，得到C1、D1，将C1（28位）、D1（28位）合并得到56位，再经过缩小选择换位2，从而便得到了密钥K0（48位）。依此类推，便可得到K1、K2、......、K15，不过需要注意的是，16次循环左移对应的左移位数要依据下述规则进行：

循环左移位数1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1

以上介绍了DES算法的加密过程。 DES算法的解密过程是一样的，区别仅仅在于第一次迭代时用子密钥K15，第二次K14、……，最后一次用K0，算法本身并没有任何变化。

密钥生成过程流程图如下所示：

3.1.3程序主要算法分析

（1）S盒功能通过下列函数来实现，将48位的输入转换成32位的输出如下所示：

void S_func(bool Out[32],const bool In[48])//将48位转换成32位{

int j,m,n;

//膨胀后的比特串分为8组，每组6比特。

for(j=0;j<8;j++,In+=6,Out+=4)

{

m = (In[0]*2)+In[5];

n = (In[1]*8)+(In[2]*4)+(In[3]*2)+In[4];

ByteToBit(Out,&SBox[j][m][n],4);

}

}

（2）函数F包括扩展置换，与子密钥异或，S盒变换及P盒变换，输入为32位，产生48位的中间结果，并最终产生32比特的输出

void F_func(bool In[32],const bool Ki[48])

{

static bool MR[48];

Transform(MR,In,EC,48);

Xor(MR, Ki, 48);

//膨胀后的比特串分为8组，每组6比特。各组经过各自的S盒后，又变为4比特，合并后又成为32比特。

S_func(In, MR);

//该32比特经过P变换后，输出的比特串才是32比特的

f(Ri-1,Ki)

Transform(In, In, PP, 32);

}

（3）下面为子密钥生成函数，输入的种子密钥首先经过PC-1置换，将奇偶校验位删除，且剩余的56位密钥打乱重排然后再生成子密钥，具体过程如下所示：

void SetKey(char key[8])//生成子密钥

{

int i;

static bool K[64], *KL = &K[0], *KR = &K[28];

ByteToBit(K,key,64); //转换为二进制

Transform(K,K,EP1,56); //64比特的密钥K，经过EP1后，生成56比特的串。

//生成16个子密钥

for(i=0;i<16;i++)

{

//循环左移，合并

RotateL(KL,28,LOOP[i]);

RotateL(KR,28,LOOP[i]);

Transform(SubKey[i],K,EP2,48);

}

}

（4）下面为加密函数：

void CDES::Encryption(char out[8],char In[8])//加密函数

{

ByteToBit(M,In,64); //转换为二进制

Transform(M,M,IP,64);

for(int i=0;i<16;i++)

{

memcpy(tmp,Ri,32);

F_func(Ri,SubKey[i]);

Xor(Ri,Li,32);//将所得结果与明文的左32位进

行异或

memcpy(Li,tmp,32);//将明文的左右32位交换

}

Transform(M, M, LP, 64);

BitToByte(out, M, 64);

// return(out);

}

（5）下面为解密函数，实际上是加密的一个逆运算：

void CDES::Decryption(char out[8],char In[8])//解密函数(加密的逆过程)

{

ByteToBit(M,In,64); //转换为二进制

Transform(M,M,IP,64);

for(int i=15;i>=0;i--)

{

memcpy(tmp,Li,32);

F_func(Li,SubKey[i]);

Xor(Li,Ri,32);

memcpy(Ri,tmp,32);

}

Transform(M, M, LP, 64);

BitToByte(out, M, 64);

// return(out);

}

3.1.4程序的运行结果为：

程序总的流程图如下所示：

3.1.5安全性分析

对DES安全性的主要争论：

（1）、对DES的S盒、迭代次数、密钥长度等设计准则的争议

（2）、DES存在着一些弱密钥和半弱密钥

（3）、DES的56位密钥无法抵抗穷举工具

对于DES算法可以利用互补性、弱密钥和半弱密钥、密钥搜索、差分分析和线性分析等方式进行攻击。对于DES密码也可使用穷举密钥攻击,n=256≈7×106,即使使用每秒种可以计算一百万个密钥的大型计算机,也需要算106天才能求得所使用的密钥,因此看来是很安全的。但是密码专家Diffie和Hellman 指出,如果设计一种一微秒可以核算一个密钥的超大规模集成片,那么它在一天内可以核算8.64×1010个密钥。如果由一个百万个这样的集成片构成专用机,他们当时估计:这种专用机的造价约为两千万美元。在五年内分期偿还,平均每天约需付一万美元。由于用穷举法破译平均只需要计算半个密钥空间,因此获得解的平均时间为半天。为保证DES的安全性，又出现了2DES，三重DES 等。

3.2 AES加解密算法的实现

3.2.1AES算法概述

AES加密算法即密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个

标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的

甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11

月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。

AES的基本要求是，采用对称分组密码体制，密钥长度的最少支持为128、192、256，分组长度128位，AES加密数据块大小最大是256bit，但是密钥大小在理

论上没有上限。AES加密有很多轮的重复和变换。大致步骤如下：1、密钥扩展（KeyExpansion），2、初始轮（Initial Round），3、重复轮（Rounds），每一轮

又包括：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey，4、最终轮（Final Round），最终轮没有MixColumns。

3.2.2算法原理及设计思想

AES 算法基于排列和置换运算。排列是对数据重新进行安排，置换是将一个

数据单元替换为另一个。AES 使用几种不同的方法来执行排列和置换运算。

AES 是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192 和 256 位密钥，并且用 128 位（16字节）分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥

对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加

密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置

换和替换输入数据。

（1）首先将明文以字节为单位进行处理，以128位分组、128位的密钥为例。先将明文按字节分成列组，将明文的前四字节组成一列，接下来的4个字节组成第二列，后面的字节依次组成第三列和第四列，则组成了一个4乘4的矩阵。

（2）AES也是由基本的变换单位“轮”多次迭代而成的。AES的轮变换由四个不同的变换组成：

1）字节代替变换

非线性的字节替代，单独处理每个字节：

求该字节在有限域GF(28)上的乘法逆，"0"被映射为自身，即对于α∈GF(28)，求β∈GF(28)，

使得α·β=β·α=1mod(x8+x4+x2+x+1)。

对上一步求得的乘法逆作仿射变换

y i =x

i

+ x

(i+4)mod8

+ x

(i+6)mod8

+ x

(i+7)mod8

+ c

i

(其中c

i 是63

10

即01100011

2

的第i位）

2) 行移位变换

行移位变换完成基于行的循环位移操作，变换方法：

即行移位变换作用于行上，第0行不变，第1行循环左移1个字节，第2行循环左移2个字节，第3行循环左移3个字节。

3）列混合变换（最后一轮中没有）

逐列混合，方法：

b(x) = (03·x3+ 01·x2+ 01·x + 02) ·a(x) mod(x4+ 1)

矩阵表示形式：

4）与子密钥异或

只是简单的将密钥按位异或到一个状态上。每轮加密密钥按顺序取自扩展密钥，扩展密钥是由初始密钥扩展而成。

密钥扩展

AES密钥扩展算法输入值是4字(16字节)，输出值是一个44字(176字节)的一维线性数组，为初始轮密钥加阶段和其他10轮中的每一轮提供4字的轮秘密钥，输入密钥直接被复制到扩展密钥数组的前四个字，然后每次用四个字填充扩展密钥数组余下的部分

3.2.3程序主要算法分析

（1）程序编写的过程中严格按照AES算法的执行过程，将用到的参数及函数封装在AES类中，再进行调用，如下所示：

class AES

{

public:

AES(unsigned char* key);

virtual ~AES();

unsigned char* Cipher(unsigned char* input);

unsigned char* InvCipher(unsigned char* input);

void* Cipher(void* input, int length=0);

void* InvCipher(void* input, int length);

private:

unsigned char Sbox[256];

unsigned char InvSbox[256];

unsigned char w[11][4][4];

void KeyExpansion(unsigned char* key, unsigned char w[][4][4]);

unsigned char FFmul(unsigned char a, unsigned char b);

void SubBytes(unsigned char state[][4]);

void ShiftRows(unsigned char state[][4]);

void MixColumns(unsigned char state[][4]);

void AddRoundKey(unsigned char state[][4], unsigned char k[][4]);

void InvSubBytes(unsigned char state[][4]);

void InvShiftRows(unsigned char state[][4]);

void InvMixColumns(unsigned char state[][4]);

};

（2）先将输入的明文按列序组合成4*4的矩阵，直接与第0组密钥（即输入的密钥）相加（异或），作为轮加密的输入

然后循环10次进行SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey运算，最后恢复原序列

（3）需要注意的是最后一轮并不进行MixColumns（列混淆变换）加密过程函数Cipher,它只有一个参数，为输入的明文，函数的返回值为加密之后的密文，解密过程与加密过程类似。

unsigned char* AES::Cipher(unsigned char* input)

{

unsigned char state[4][4];

int i,r,c;

//将明文按字节分成列组

for(r=0; r<4; r++)

{

for(c=0; c<4 ;c++)

{

state[r][c] = input[c*4+r];

}

}

AddRoundKey(state,w[0]);

for(i=1; i<=10; i++)

{

SubBytes(state);//字节代替

ShiftRows(state);//行移位

if(i!=10)MixColumns(state);//列混合（最后一轮除外）

AddRoundKey(state,w[i]);//与子密钥异或

}

for(r=0; r<4; r++)

{

for(c=0; c<4 ;c++)

{

input[c*4+r] = state[r][c];

}

}

return input;

}

（4）下面是每一轮变换中的四个小变换的实现函数如下：

//字节代替，通过SBox表来实现的；

void AES::SubBytes(unsigned char state[][4])

{

int r,c;

for(r=0; r<4; r++)

{

for(c=0; c<4; c++)

{

state[r][c] = Sbox[state[r][c]];

}

}

}

//行移位作用于行上，第0行不变，第1行循环左移1个字节，第2行循环左移2个字节，第3行循环左移3个字节。

void AES::ShiftRows(unsigned char state[][4])

{

unsigned char t[4];

int r,c;

for(r=1; r<4; r++)

{

for(c=0; c<4; c++)

{

t[c] = state[r][(c+r)%4];

}

for(c=0; c<4; c++)

{

state[r][c] = t[c];

}

}

}

//列混合FFmul为有限域GF(28)上的乘法，标准算法应该是循环8次（b与a 的每一位相乘，结果相加），但这里只用到最低2位，解密时用到的逆列混淆也只用了低4位，所以在这里高4位的运算是多余的，只计算低4位。

void AES::MixColumns(unsigned char state[][4])

{

unsigned char t[4];

int r,c;

for(c=0; c< 4; c++)

{

for(r=0; r<4; r++)

{

t[r] = state[r][c];

}

for(r=0; r<4; r++)

{

state[r][c] = FFmul(0x02, t[r])

^ FFmul(0x03, t[(r+1)%4])

^ FFmul(0x01, t[(r+2)%4])

^ FFmul(0x01, t[(r+3)%4]);

}

}

}

//与子密钥异或

void AES::AddRoundKey(unsigned char state[][4], unsigned char k[][4]) {

int r,c;

for(c=0; c<4; c++)

{

for(r=0; r<4; r++)

{

state[r][c] ^= k[r][c];//异或运算

}

}

}

//密钥扩展

密码学基础课程设计指导书

《现代密码学基础》课程设计指导书 杨柳编 湖南科技大学计算机科学与工程学院 2014年12月

一、概述 本课程在简要复习数学基础知识之后，探讨了密码学研究的基本问题：通过不安全的通信媒介如何进行安全通信。也可以理解为关心任何希望限制不诚实者达到目的的问题，把度量和评价一个密码体制（协议）的安全性作为一个重点。就目前来说，密码学的研究领域已从消息加密扩大到了数字签名、消息认证、身份识别、抗欺骗协议等。无疑，在整个教学过程中非常重视密码学的基础，当然包括数学基础。并针对实际的密码体制（协议）强调设计与分析（攻击），对现代密码学的主要研究问题都进行了介绍。 对于密码学这样的课程，同学们一定要从理论、技术、应用三个方面进行学习与思考。密码体制（协议）无疑是我们的学习重点，密码体制（协议）也可以单纯地理解为计算机算法，从而有设计、分析、证明、实现的问题。实现密码体制（协议）就是我们经常讲的八个字：模型、算法、程序、测试。 二、课程设计步骤 课程设计步骤要求如下： 1.模型 从数学的角度看，解决任何问题都要建立一个数学模型，对于密码学来说更是如此。我们还可以认为，数据结构中的存储结构也是模型。于是这一部分的任务就是建立起问题的逻辑结构和存储结构，为算法设计和编码实现打下基础。 2.算法 这一部分对同学们的要求是能看懂书上的常用算法，并对其中的参数可以进行调整和设置，能实现和应用它们。 3.程序 编码实现得到程序。 4. 测试 5. 提交课程设计报告

三、课程设计报告编写要求 课程设计报告开头标明课程设计题目、设计者的班级、姓名、学号和完成日期，内容包括：模型、算法、程序、测试四个部分。 四、设计要求 可以只做第7题，不做第7题的要做第1题-第6题。 五、课程设计题目 大整数运算包的设计与实现 1．问题描述 大整数运算是现代密码学算法实现的基础，重要性不言而喻。大整数我们指的是二进制位512、1024和2048的数，一般的语言不支持。 2．基本要求 以类库头文件的形式实现。 3．实现提示 在选择了大整数的存储结构之后，主要实现以下运算： ①模加； ②模减； ③模乘； ④模整除； ⑤模取余。这五种运算模拟手算实现。 ⑥幂模：利用“平方-乘法”算法实现。 ⑦GCD：利用欧几里得算法实现。 ⑧乘法逆: 利用扩展的欧几里得算法实现。 ⑨素数判定与生成：概率性素数产生方法产生的数仅仅是伪素数，其缺点在于，

密码学实验报告

密码学实验报告 学院：计算机科学与技术 班级： 学号： 姓名： 指导老师:

密码学 实验日志 实验题目： DES （或AES ）分组密码 实验目的： 熟悉分组密码加解密算法的基本原理，加深对所提供的部分源程序的理解； 分组密码将明文分成一组一组，在密钥的控制下，经过加密变换生成一组一组的密文。具体而言，分组密码就是将明文消息序列 ,,,,21i m m m 划分成等长的消息组 ),,,,(),,,,(22121n n n n m m m m m m ++在密钥t k k k k ,,,21 =的控制下按固定的加密算法一组一 组进行加密，输出一组一组密文 ),,,,(),,,,(22121l l l l c c c c c c ++。 下面的实验以DES 算法为例，DES 算法明文分组长为64bit ，加密后得到64bit 的密文，输入初始种子密钥为64bit ，第8、16、24、32、40、48、56、64为奇偶校验位，实际的密钥长为56bit 。DES 加密过程由三个阶段来完成： (1) 初始置换IP ，用于重排明文分组的64bit 数据； (2) 相同结构的16轮迭代，每轮中都有置换和代换运算，第16轮变换的输出分为左右两半，并交换次序。 (3) 逆初始置换IP -1 （为IP 的逆）后，产生64bit 的密文。 实验要求： (1) Windows 系列操作系统； (2) VC6.0编程环境。 (3) 提交完整的程序代码清单和详细的注释； (4) 要求有程序运行结果显示。当加密成功时，得到密文；输入相同的密钥，能将密文恢复成明文。 实验主要步骤： (1) 熟悉分组密码加解密算法的基本原理，加深对所提供的部分源程序的理解； (2) 分析源程序中密码算法的加解密和子密钥生成等典型模块的主要功能，并对源程序加上注释； (3) 在已提供的部分源程序的基础上，添加源程序省缺的部分； (4) 对给定的消息分组进行加解密运算和验证。 源代码： #include #include #include typedef bool (*PSubKey)[16][48]; enum {ENCRYPT,DECRYPT}; //选择：加密；解密 static bool SubKey[2][16][48]; // 16圈子密钥 static bool Is3DES; // 3次DES 标志 static char Tmp[256], deskey[16]; //暂存字符串，密钥串

密码学课程设计-刘欣凯

现代密码学实验 题目：2012现代密码学实验 姓名：刘欣凯学号：192102-21 院（系）：计算机学院专业：信息安全指导教师：任伟职称：副教授 评阅人：职称： 2012 年12 月

现代密码学实验原创性声明 本人以信誉声明：所呈交的现代密码学实验是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得中国地质大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业论文作者（签字）：刘欣凯 签字日期：2012年12 月18 日 学校代码：10491 本科生学号：20101003356

现代密码学实验 本科生：刘欣凯 学科专业：信息安全 指导老师：任伟 二〇一二年十二月

目录 实验一古典密码算法 (5) 1.1 仿射密码 (5) 1.11 算法原理和设计思路 (5) 1.12 关键算法分析 (5) 1.13运行结果 (7) 1.2古典密码hill (8) 1.21古典密码hill概述 (8) 1.22 算法原理和设计思路 (8) 1.23 关键算法分析 (9) 1.24 运行结果 (10) 1.25 密码安全性分析 (10) 1.3古典密码Vegenere (12) 1.31古典密码Vegenere概述 (12) 1.32算法原理和设计思路 (12) 1.33 关键算法分析 (12) 1.34 运行结果 (13) 1.35密码安全性分析 (14) 1.4古典密码Playfair (15) 1.41古典密码Playfair概述 (15) 1.42算法原理和设计思路 (15) 1.43 运行结果 (17) 1.44 密码安全性分析 (17) 实验二ElGamal签名体制 (18) 2.1 ElGamal签名概述 (18) 2.2算法原理和设计思路 (18) 2.3关键算法分析 (20) 2.4运行结果 (20) 实验三 Rabin加密和签名 (21)

AES密码学课程设计(C语言实现)

成都信息工程学院课程设计报告 AES加密解密软件的实现 课程名称：应用密码算法程序设计 学生姓名：樊培 学生学号：2010121058 专业班级：信息对抗技术101 任课教师：陈俊 2012 年6月7日

课程设计成绩评价表

目录 1、选题背景 (4) 2、设计的目标 (4) 2.1基本目标： (4) 2.2较高目标： (5) 3、功能需求分析 (5) 4、模块划分 (6) 4.1、密钥调度 (6) 4.2、加密 (8) 4.2.1、字节代替（SubBytes） (8) 4.2.2、行移位（ShiftRows） (10) 4.2.3、列混合（MixColumn） (11) 4.2.4、轮密钥加（AddRoundKey） (13) 4.2.5、加密主函数 (14) 4.3、解密 (16) 4.3.1、逆字节替代（InvSubBytes） (16) 4.3.2、逆行移位（InvShiftRows） (17) 4.3.3、逆列混合（InvMixCloumns） (17) 4.3.4、轮密钥加（AddRoundKey） (18) 4.3.5、解密主函数 (18) 5.测试报告 (20) 5.1主界面 (20) 5.2测试键盘输入明文和密钥加密 (20) 5.3测试键盘输入密文和密钥加密 (21) 5.3测试文件输入明文和密钥加密 (22) 5.4测试文件输入密文和密钥加密 (22) 5.5软件说明 (23) 6.课程设计报告总结 (23) 7.参考文献 (24)

1、选题背景 高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。该算法为比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计，结合两位作者的名字，以Rijndael 之命名之，投稿高级加密标准的甄选流程。（Rijndael的发音近于 "Rhine doll"） 严格地说，AES和Rijndael加密法并不完全一样（虽然在实际应用中二者可以互换），因为Rijndael加密法可以支援更大范围的区块和密钥长度：AES的区块长度固定为128 位元，密钥长度则可以是128，192或256位元；而Rijndael使用的密钥和区块长度可以是32位元的整数倍，以128位元为下限，256位元为上限。加密过程中使用的密钥是由Rijndael 密钥生成方案产生。大多数AES计算是在一个特别的有限域完成的。 截至2006年，针对AES唯一的成功攻击是旁道攻击 旁道攻击不攻击密码本身，而是攻击那些实作于不安全系统（会在不经意间泄漏资讯）上的加密系统。2005年4月，D.J. Bernstein公布了一种缓存时序攻击法，他以此破解了一个装载OpenSSL AES加密系统的客户服务器[6]。为了设计使该服务器公布所有的时序资讯，攻击算法使用了2亿多条筛选过的明码。有人认为[谁？]，对于需要多个跳跃的国际互联网而言，这样的攻击方法并不实用[7]。 Bruce Schneier称此攻击为“好的时序攻击法”[8]。2005年10月，Eran Tromer和另外两个研究员发表了一篇论文，展示了数种针对AES的缓存时序攻击法。其中一种攻击法只需要800个写入动作，费时65毫秒，就能得到一把完整的AES密钥。但攻击者必须在执行加密的系统上拥有执行程式的权限，方能以此法破解该密码系统。 虽然高级加密标准也有不足的一面，但是，它仍是一个相对新的协议。因此，安全研究人员还没有那么多的时间对这种加密方法进行破解试验。我们可能会随时发现一种全新的攻击手段会攻破这种高级加密标准。至少在理论上存在这种可能性。 2、设计的目标 2.1基本目标： （1）在深入理解AES加密/解密算法理论的基础上，能够设计一个AES加密/解密软件系统，采用控制台模式，使用VS2010进行开发，所用语言为C语言进行编程，实现加密解密； （2）能够完成只有一个明文分组的加解密，明文和密钥是ASCII码，长度都为16个字符(也就是固定明文和密钥为128比特)，输入明文和密钥，输出密文，进行加密后，能够进

实验报告_密码学

信息安全实验报告 学号： 学生姓名： 班级：

实验三密码学实验 一、古典密码算法实验 一、实验目的 通过编程实现替代密码算法和置换密码算法，加深对古典密码体制的了解，为深入学习密码学奠定基础。 二、编译环境 运行windows 或linux 操作系统的PC 机，具有gcc（linux）、VC （windows）等C语言编译环境。 三、实验原理 古典密码算法历史上曾被广泛应用，大都比较简单，使用手工和机械操作来实现加密和解密。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。下面介绍两种常见的具有代表性的古典密码算法，以帮助读者对密码算法建立一个初步的印象。 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它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。 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。下面我们介绍一种典型的单表替代密码，恺撒(caesar)密码，又叫循环移位密码。它的加密方法，就是将明文中的每个字母用此字符在字母表中后面第k个字母替代。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：E(8) = (m+k) mod n = (8+4) mod 26 = 12 = L

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。例如，明文为attack begins at five，密钥为cipher，将明文按照每行 6 列的形式排在矩阵中，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，给定一个置换： 1 2 3 4 5 6 f = 1 4 5 3 2 6 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 其解密的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。 四、实验内容和步骤 1、根据实验原理部分对替代密码算法的介绍，自己创建明文信息，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。 2、根据实验原理部分对置换密码算法的介绍，自己创建明文信息，并选择一个密钥，编写置换密码算法的实现程序，实现加密和解密操作。 五、总结与思考 记录程序调试过程中出现的问题，分析其原因并找出解决方法。记录最终实现的程序执行结果。

密码学课程设计设计

2009年密码学暑期课程设计说明 姓名：张志佳学号：072337 下面分别是AuthorityServer服务器端，ClientGUI客户端，以及ProviderGUI 提供者端得三张主界面的截图： 1.AuthorityServer服务器端： 2.ClientGUI客户端：

3.ProviderGUI提供者端：

本软件的总体介绍： 平时，我们在上网时，经常会从网上面下载一些资源，有时要注册为XX 网站的用户才能够下载网站的资源，本软件就是实现的这样一系列功能的演示软件，因为演示软件，因此讲很多东西都做到了软件的外面，看起来很繁琐，其实，你如果按照下面的操作说明，按步骤执行还是很简单的。 本软件，并没有做用户的注册这一模块，而是将预先将一张用户列表存在服务器端，用户必须用列表中的用户名，才能够登录服务器成功，并且如果你的用户密码不正确，也不能获得正确的资源密文。 资源的加密加密是采用现在还是很安全的DES加密算法实现，在传输过程中，对数据进行MAC认证，来确认数据是否，本修改过。 可能会遇到的问题： 问题1. 有可能你在按下某一个按钮时，会出现如下的提示信息，如图示： 解决方法：这是因为你将.exe 程序从根目录中拿到外面了，程序中需要在根目录下载入.txt 文件。因此建议测试者请不要将exe程序拿到外面测试，如果拿到外面测试，请将根目录中的“name.txt”和“密码学课程设计软件说明.chm”文件一起复制出来，从而使程序能够正常的运行。 问题 2.在执行客户端应用程序时，可能你在点击Client客户端界面上的“获取密钥”按钮时，界面会出现卡住的现象，

1密码学-DES实验报告

南京信息工程大学实验（实习）报告实验（实习）名称对称密码实验（实习）日期得分指导教师 系计软院专业网络工程年2011 班次 1 姓名学号20111346026 一．实验目的 1.理解对称加密算法的原理和特点 2.理解DES算法的加密原理 二．实验内容 第一阶段：初始置换IP。在第一轮迭代之前，需要加密的64位明文首先通过初始置换IP 的作用，对输入分组实施置换。最后，按照置换顺序，DES将64位的置换结果分为左右两部分，第1位到第32位记为L0，第33位到第64位记为R0。 第二阶段：16次迭代变换。DES采用了典型的Feistel结构，是一个乘积结构的迭代密码算法。其算法的核心是算法所规定的16次迭代变换。DES算法的16才迭代变换具有相同的结构，每一次迭代变换都以前一次迭代变换的结果和用户密钥扩展得到的子密钥Ki作为输入；每一次迭代变换只变换了一半数据，它们将输入数据的右半部分经过函数f后将其输出，与输入数据的左半部分进行异或运算，并将得到的结果作为新的有半部分，原来的有半部分变成了新的左半部分。用下面的规则来表示这一过程（假设第i次迭代所得到的结果为LiRi）: Li = Ri-1; Ri = Li-1⊕f(Ri-1,Ki);在最后一轮左与右半部分并未变换，而是直接将R16 L16并在一起作为未置换的输入。 第三阶段：逆（初始）置换。他是初始置换IP的逆置换，记为IP-1。在对16次迭代的结果（R16 L16）再使用逆置换IP-1后，得到的结果即可作为DES加密的密文Y输出，即Y = IP-1 （R16 L16） 三．流程图&原理图

流程图

DES原理图

华科大密码学课程设计实验报告

密码学课程设计实验报告 专业：信息安全 班级：0903 姓名：付晓帆 学号：U200915328

一、 DES 的编程实现 1.实验目的 通过实际编程掌握DES 的加、脱密及密钥生成过程，加深对DES 算法的认识。 2.实验原理 a.加密过程 DES 是一个分组密码，使用长度为56比特的密钥加密长度为64比特的明文，获得长度为64比特的密文，其加密过程： (1) 给定一个明文X ，通过一个固定的初始置换IP 置换X 的比特，获得X0，X0=IP(X)=L0R0，L0R0分别是X0的前32比特和后32比特。 (2) 然后进行16轮完全相同的运算，有如下规则，其中0

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密码学应用与实践课程实验报告 实验 1：实现 DES密码体制 一、实验目的 1.编写程序实现 DES的加、解 密：1）编程构造 DES的密钥； 2）应用上述获得的密钥将一段英文或文件进行加、解密。 2.用 DES算法实现口令的安全 二、实验内容 1.DES原理 DES综合运用了置换，代换，移位多种密码技术，是一种乘积密码。在算法结构上采用迭代 结构，从而使其结构清晰，调理清楚，算法为对合运算，便于实现，运行速度快。DES使用了初始置换IP 和 IP-1 各一次（相应的置换看算法描述图表）置换P16 次，安排使用这 3 个置换的目的是把数据彻底打乱重排。选择置换 E 一方面把数据打乱重排，另一方面把32 位输入扩展为48 位，算法中除了S- 盒是非线性变换外，其余变换均为显示变换，所以保密 的关键是选择S- 盒。符合以下 3 条准则： （1）对任何一个 S- 盒而言，没有任何线性方程式等价于此S-盒的输出输入关系，即是S- 盒是非线性函数。 （2）改变 s- 盒的任何一位输入，都会导致两位以上的输出改变，即满足" 雪崩效应 " 。（3）当固定某一个位的输入时，S- 盒的 4 个出位之间，其中0 和 1 的个数之差小。这个准 则的本质是数据压缩，把四位输入压缩为 4 位输出。选择 S-盒函数的输入中任意改变数位， 其输出至少变化两位。因为算法中使用了16 次迭代，大大提高了保密性。 2.DES算法由加密、解密和子密钥的生成三部分组成 1)加密 DES算法处理的数据对象是一组64 比特的明文串。设该明文串为m=m1m2m64 (mi=0 或 1) 。明文串经过64 比特的密钥K 来加密，最后生成长度为64 比特的密文E。其加密过程图示如下：

密码学课程设计

一、设计题目 随机数产生器应用系统 二、课题要求 系统功能要求： 1）模拟线性移位寄存器、线性同余发生器等产生伪随机数，并比较算法性能以及伪随机数的随机性； 2）利用该模拟随机数，应用到口令认证系统中，完成口令的生产、口令的加密保护、登陆验证等功能； 3）利用该模拟随机数，应用到密钥生成系统中，可以利用该密钥完成对称密钥的加密和解密功能。 三、系统设计和模块设计 1.总体设计思路 利用线性同余发生器(LCG)和线性反馈移位寄存器（LFSR)生成伪随机数M序列，并通过口令认证系统完成口令生成加密工作，同时完成对随机数的加密和解密功能。 2.模块设计思路 2.1原理 通过一定的算法对事先选定的随机种子(seed)做一定的运算可以得到一组人工生成的周期序列，在这组序列中以相同的概率选取其中一个数字，该数字称作伪随机数，由于所选数字并不具有完全的随机性，但是从实用的角度而言，其随机程度已足够了。这里的“伪”的含义是，由于该随机数是按照一定算法模拟产生的，

其结果是确定的，是可见的，因此并不是真正的随机数。伪随机数的选择是从随机种子开始的，所以为了保证每次得到的伪随机数都足够地“随机”，随机种子的选择就显得非常重要，如果随机种子一样，那么同一个随机数发生器产生的随机数也会一样。 2.2线性同余算法生成随机数 到目前为止，使用最为广泛的随机数产生技术是由Lehmer首先提出的称为线性同余算法，即使用下面的线性递推关系产生一个伪随机数列x1，x2，x3，… 这个算法有四个参数，分别是： a 乘数 0 ≤ a < m c 增量 0 ≤ c< m m 模数 m > 0 ≤ x0 < m x0 初始种子（秘密） 0 伪随机数序列{ xn}通过下列迭代方程得到： xn+1=(axn+c)modm 如果m、a、c和x0都是整数，那么通过这个迭代方程将产生一系列的整数，其中每个数都在0 ≤ xn < m的范围内。数值m、a和c的选择对于建立一个好的伪随机数产生器十分关键。为了形成一个很长的伪随机数序列，需要将m设置为一个很大的数。一个常用准则是将m选为几乎等于一个给定计算机所能表示的最大非负整数。因而，在一个32位计算机上，通常选择的m值是一个接近或等于231的整数。此外，为了使得随机数列不易被重现，可以使用当前时间的毫秒数作为初始种子的位置。 2.2 线性反馈移位寄存器生成随机数 LFSR是指给定前一状态的输出，将该输出的线性函数再用作输入的线性寄存器。异或运算是最常见的单比特线性函数：对寄存器的某些位进行异或操作后作为输入，再对寄存器中的各比特进行整体移位。赋给寄存器的初始值叫做“种子”，因为线性反馈移位寄存器的运算是确定性的，所以，由寄存器所生成的数据流完全决定于寄存器当时或者之前的状态。而且，由于寄存器的状态是有

密码学实验报告(AES,RSA)

华北电力大学 实验报告| | 实验名称现代密码学课程设计 课程名称现代密码学 | | 专业班级：学生姓名： 学号：成绩： 指导教师：实验日期：

[综合实验一] AES-128加密算法实现 一、实验目的及要求 （1）用C++实现； （2）具有16字节的加密演示； （3）完成4种工作模式下的文件加密与解密：ECB, CBC, CFB,OFB. 二、所用仪器、设备 计算机、Visual C++软件。 三. 实验原理 3.1、设计综述 AES 中的操作均是以字节作为基础的，用到的变量也都是以字节为基础。State 可以用4×4的矩阵表示。AES 算法结构对加密和解密的操作，算法由轮密钥开始，并用Nr 表示对一个数据分组加密的轮数(加密轮数与密钥长度的关系如表2所示)。AES 算法的主循环State 矩阵执行1 r N 轮迭代运算，每轮都包括所有 4个阶段的代换，分别是在规范中被称为 SubBytes(字节替换)、ShiftRows(行位移变换)、MixColumns(列混合变换) 和AddRoundKey ，(由于外部输入的加密密钥K 长度有限，所以在算法中要用一个密钥扩展程序(Keyexpansion)把外部密钥 K 扩展成更长的比特串，以生成各轮的加密和解密密钥。最后执行只包括 3个阶段 (省略 MixColumns 变换)的最后一轮运算。 表2 AES 参数 比特。

3.2、字节代替（SubBytes ） AES 定义了一个S 盒，State 中每个字节按照如下方式映射为一个新的字节：把该字节的高4位作为行值，低4位作为列值，然后取出S 盒中对应行和列的元素作为输出。例如，十六进制数{84}。对应S 盒的行是8列是4，S 盒中该位置对应的值是{5F}。 S 盒是一个由16x16字节组成的矩阵，包含了8位值所能表达的256种可能的变换。S 盒按照以下方式构造： (1) 逐行按照升序排列的字节值初始化S 盒。第一行是{00}，{01}，{02}，…，{OF}； 第二行是{10}，{l1}，…，{1F}等。在行X 和列Y 的字节值是{xy}。 (2) 把S 盒中的每个字节映射为它在有限域GF(k 2)中的逆。GF 代表伽罗瓦域，GF(82) 由一组从0x00到0xff 的256个值组成，加上加法和乘法。 ) 1(] [2)2(3488++++= x x x x X Z GF 。{00}被映射为它自身{00}。 (3) 把S 盒中的每个字节记成),,,,,,,,(012345678b b b b b b b b b 。对S 盒中每个字节的每位 做如下变换： i i i i i i c b b b b b i b ⊕⊕⊕⊕⊕='++++8mod )7(8mod )6(8mod )5(8mod )4( 上式中i c 是指值为{63}字节C 第i 位，即)01100011(),,,,,,,,(012345678=c c c c c c c c c 。符号(')表示更新后的变量的值。AES 用以下的矩阵方式描述了这个变换： ?? ? ?? ? ? ? ? ? ??? ? ????????????+???????????????????????????????????????? ????????????=??????????????????????????0110001111111000011111000011111000011111100011111100011111100011111100017654321076543210b b b b b b b b b b b b b b b b 最后完成的效果如图：

杭电密码学DES密码实验报告

课程实验报告 课程密码学实验 学院通信工程学院 专业信息安全 班级14083611 学号14084125 学生姓名刘博 实验名称DES密码实验 授课教师胡丽琴

DES密码实验 一、实验要求： 1、了解分组密码的起源与涵义。 2、掌握DES密码的加解密原理。 3、用Visual C++实现DES密码程序并输出结果。 二、实验内容： 1、1949年，Shannon发表了《保密系统的通信理论》，奠定了现代密码学的基础。他还指出混淆和扩散是设计密码体制的两种基本方法。扩散指的是让明文中的每一位影响密文中的许多位，混淆指的是将密文与密钥之间的统计关系变得尽可能复杂。而分组密码的设计基础正是扩散和混淆。在分组密码中，明文序列被分成长度为n的元组，每组分别在密钥的控制下经过一系列复杂的变换，生成长度也是n的密文元组，再通过一定的方式连接成密文序列。 2、DES是美国联邦信息处理标准(FIPS)于1977年公开的分组密码算法，它的设计基于Feistel对称网络以及精心设计的S盒，在提出前已经进行了大量的密码分析，足以保证在当时计算条件下的安全性。不过，随着计算能力的飞速发展，现如今DES已经能用密钥穷举方式破解。虽然现在主流的分组密码是AES，但DES的设计原理仍有重要参考价值。在本实验中，为简便起见，就限定DES 密码的明文、密文、密钥均为64bit，具体描述如下： 明文m是64bit序列。 初始密钥K是64 bit序列(含8个奇偶校验bit)。 子密钥K1, K2…K16均是48 bit序列。 轮变换函数f(A,J)：输入A(32 bit序列), J(48 bit序列)，输出32 bit序列。 密文c是64 bit序列。 1)子密钥生成： 输入初始密钥，生成16轮子密钥K1, K2 (16) 初始密钥(64bit)经过置换PC-1，去掉了8个奇偶校验位，留下56 bit，接着分成两个28 bit的分组C0与D0，再分别经过一个循环左移函数LS1，得到C1与D1，连成56 bit数据，然后经过置换PC-2，输出子密钥K1，以此类推产生K2至K16。

密码学-RSA加密解密算法的实现课程设计报告

密码学课程报告《RSA加密解密算法》 专业：信息工程（信息安全） 班级：1132102 学号：201130210214 姓名：周林 指导老师：阳红星 时间：2014年1月10号

一、课程设计的目的 当前最著名、应用最广泛的公钥系统RSA是在1978年，由美国麻省理工学院(MIT)的Rivest、Shamir和Adleman在题为《获得数字签名和公开钥密码系统的方法》的论文中提出的。 RSA算法是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法，因此它为公用网络上信息的加密和鉴别提供了一种基本的方法。它通常是先生成一对RSA 密钥，其中之一是保密密钥，由用户保存；另一个为公开密钥，可对外公开，甚至可在网络服务器中注册，人们用公钥加密文件发送给个人，个人就可以用私钥解密接受。为提高保密强度，RSA密钥至少为500位长，一般推荐使用1024位。 公钥加密算法中使用最广的是RSA。RSA算法研制的最初理念与目标是努力使互联网安全可靠，旨在解决DES算法秘密密钥的利用公开信道传输分发的难题。而实际结果不但很好地解决了这个难题；还可利用RSA来完成对电文的数字签名以抗对电文的否认与抵赖；同时还可以利用数字签名较容易地发现攻击者对电文的非法篡改，以保护数据信息的完整性。此外，RSA加密系统还可应用于智能IC卡和网络安全产品。 二、RSA算法的编程思路 1.确定密钥的宽度。 2.随机选择两个不同的素数p与q，它们的宽度是密钥宽度的1/2。 3.计算出p和q的乘积n 。 4.在2和Φ(n)之间随机选择一个数e , e 必须和Φ(n)互素，整数e 用做加密密钥（其中Φ(n)=(p-1)*(q-1)）。 5.从公式ed ≡ 1 mod Φ(n)中求出解密密钥d 。 6.得公钥（e ，n ）, 私钥 (d , n) 。 7.公开公钥，但不公开私钥。 8.将明文P (假设P是一个小于n的整数)加密为密文C，计算方法为： C = Pe mod n 9.将密文C解密为明文P，计算方法为：P = Cd mod n 然而只根据n和e（不是p和q）要计算出d是不可能的。因此，任何人都可对明文进行加密，但只有授权用户（知道d）才可对密文解密 三、程序实现流程图： 1、密钥产生模块：

密码学课程设计

信息安全技术应用实践 课程设计报告 设计题目信息的安全传递 专业名称： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 2014年7月

目录 一、引言 (3) 二、设计方案 (3) 1.安全需求 (3) 2.概要设计 (3) 3.详细设计 (5) 三、安全性分析........................................................................................................... 错误！未定义书签。 四、运行结果 (8) 五、总结 (8) 参考文献 (11)

一、引言 对于信息安全问题，经常出现QQ被盗号骗取财物等案件的出现。信息的安全性十分重要，尤其是一些个人的隐私。 人们也越来越重视信息的安全传递，所以设计出一个安全传递信息的系统刻不容缓。所以在此次课程设计我设计了一个信息传递系统，此系统是基于JAVA应用程序开发的，结合密码学的加密算法实现。其主要特性是安全的完成信息的传递。 二、设计方案 1.安全需求 1）.服务器端每一客户口令安全存储（口令保护） 2）.对所有通信内容用分组密码以计数器模式进行加密 3）.对所有的通信内容用认证码（MAC）进行完整性检验 4）.服务器对每个客户进行身份认证 5）.服务器端抗重放攻击 2概要设计 1. (BrokerGUI) 发送代理端代替发送者进行内部操作，它设置了与服务端的共享密钥、实现共享口令的加密密钥的加密、随机密钥的加密，、文件的加密、消息的验证。 工作进程：

假设口令“sharedPwd”为代理与授权服务器共享口令 1）用“sharedPwd”生成加密密钥“K-BC”，以及MAC密钥“K-MAC” 2）随机生成一个密钥“K”；并且用“K”生成一个新的加密密钥“K-temp” 和一个新的MAC密钥“K-MAC-temp”。 3）对输入文件内容进行加密和计算MAC E[ K-temp, file contents ] || MAC[ K-MAC-temp, E[ K-temp, file contents ] ] 4）对新的密钥“K”进行加密和计算MAC E[ K-BC, K ] || MAC[ K-MAC, E[ K-BC, K ] ] 5）输出所有上述信息 2.（BrokerClient） 接收代理端应该设置自己的用户名和密码，且要发防重放的随机数。与服务器端建立通信通道，向服务器端发送加密后的信息。对方接收来自服务器的信息。 相对服务器而言，接收端的任务主要就是保证消息的安全性、保密性、完整性等。 1)用“用户口令”生成加密密钥“K-BC-user”，以及MAC密钥“K-MAC-user1”； 2）接收端提供给服务器 R ||user1 || MAC[ K-MAC-user1, R || user1 ] 这里R是一个随机数，user1为用户名 3）接收端从服务器获得 E[ K-BC-user1, K ] || MAC[ K-MAC-user1, E[ K-BC-user1, K ] ] 解密得“K”，并计算出加密密钥“K-temp”和 一个新的MAC密钥“K-MAC-temp”。 解密和验证“file contents”。 3.AuthorityServer） 服务端实现发送代理端和接收代理端之间的连接，是一个中转站。服务器接受和发送的信息都是加密的，保证了消息的安全性。 服务端实现对了发送代理端的消息认证，实现接收代理端的用户身份认证，对密钥的解密和加密，实现了防重放攻击。 工作进程：

DES算法及其程序实现

DES算法及其程序实现 一．D ES算法概述 ①DES算法为密码体制中的对称密码体制，又被成为美国数据加密标准，是1972年美国IBM公司研制的对称密码体制加密算法。明文按64位进行分组，密钥长64位，密钥事实上是56位参与DES运算（第8、16、24、32、40、48、56、64位是校验位，使得每个密钥都有奇数个1）分组后的明文组和56位的密钥按位替代或交换的方法形成密文组的加密方法。 ②DES算法的特点：分组比较短、密钥太短、密码生命周期短、运算速度较慢。 ③DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，它所使用的密钥也是64位，整个算法的主流程图如下： 二．D ES算法的编程实现 #include #include using namespace std;

const static char ip[] = { //IP置换 58, 50, 42, 34, 26, 18, 10, 2, 60, 52, 44, 36, 28, 20, 12, 4, 62, 54, 46, 38, 30, 22, 14, 6, 64, 56, 48, 40, 32, 24, 16, 8, 57, 49, 41, 33, 25, 17, 9, 1, 59, 51, 43, 35, 27, 19, 11, 3, 61, 53, 45, 37, 29, 21, 13, 5, 63, 55, 47, 39, 31, 23, 15, 7 }; const static char fp[] = { //最终置换 40, 8, 48, 16, 56, 24, 64, 32, 39, 7, 47, 15, 55, 23, 63, 31, 38, 6, 46, 14, 54, 22, 62, 30, 37, 5, 45, 13, 53, 21, 61, 29, 36, 4, 44, 12, 52, 20, 60, 28, 35, 3, 43, 11, 51, 19, 59, 27, 34, 2, 42, 10, 50, 18, 58, 26, 33, 1, 41, 9, 49, 17, 57, 25 }; const static char sbox[8][64] = { //s_box /* S1 */ 14, 4, 13, 1, 2, 15, 11, 8, 3, 10, 6, 12, 5, 9, 0, 7, 0, 15, 7, 4, 14, 2, 13, 1, 10, 6, 12, 11, 9, 5, 3, 8, 4, 1, 14, 8, 13, 6, 2, 11, 15, 12, 9, 7, 3, 10, 5, 0, 15, 12, 8, 2, 4, 9, 1, 7, 5, 11, 3, 14, 10, 0, 6, 13, /* S2 */ 15, 1, 8, 14, 6, 11, 3, 4, 9, 7, 2, 13, 12, 0, 5, 10, 3, 13, 4, 7, 15, 2, 8, 14, 12, 0, 1, 10, 6, 9, 11, 5, 0, 14, 7, 11, 10, 4, 13, 1, 5, 8, 12, 6, 9, 3, 2, 15, 13, 8, 10, 1, 3, 15, 4, 2, 11, 6, 7, 12, 0, 5, 14, 9, /* S3 */ 10, 0, 9, 14, 6, 3, 15, 5, 1, 13, 12, 7, 11, 4, 2, 8, 13, 7, 0, 9, 3, 4, 6, 10, 2, 8, 5, 14, 12, 11, 15, 1, 13, 6, 4, 9, 8, 15, 3, 0, 11, 1, 2, 12, 5, 10, 14, 7, 1, 10, 13, 0, 6, 9, 8, 7, 4, 15, 14, 3, 11, 5, 2, 12, /* S4 */ 7, 13, 14, 3, 0, 6, 9, 10, 1, 2, 8, 5, 11, 12, 4, 15, 13, 8, 11, 5, 6, 15, 0, 3, 4, 7, 2, 12, 1, 10, 14, 9, 10, 6, 9, 0, 12, 11, 7, 13, 15, 1, 3, 14, 5, 2, 8, 4, 3, 15, 0, 6, 10, 1, 13, 8, 9, 4, 5, 11, 12, 7, 2, 14,

密码学实验报告总结

密码学实验报告（本文档为Word版本，下载后可自由编辑） 项目名称：××××××××× 项目负责人：××× 联系电话：××××× 编制日期：×××××

密码学实验报告 实验目的：掌握Caesar密码加密解密原理，并利用VC++编程实现。 实验内容：Caesar密码的加密原理是对明文加上一个密钥（偏移值）而得到密文。假设密钥为3，那么字母“a”对应的ASCII码为97，加上3得100正好是字母“d”的ASCII码值， 实验说明:加密实现的两种方式，只限定英文字母（区分大小写），加密时，根据明文字符是小（大）写字母，采用加密运算： 密文字符=“a”或“A”+（明文字符-“a”或“A”+password%26+26）%26 如果输入其他字符，则直接原样输出，不作处理 可以是任意字符 加密时，我们不做任何区分，直接利用Caesar密码算法 密文字符=明文字符+password 解密反之。 实验结果： void CCaesarDlg::OnButton1() //加密按钮 { UpdateData(TRUE); //从界面上的输入的值传入成员变量 m_crypt=m_plaintxt; //密文进行初始化，它与明文的长度是相同的 for(int i=0;i=48&&m_plaintxt.GetAt(i)<=57) //如果输入的字符是数字 { m_crypt.SetAt(i,'0'+(m_plaintxt.GetAt(i)-'0'+m_password%10 +10)%10);

现代密码学-古典密码实验报告

现代密码学 实 验 报 告 院系：理学院 班级：信安二班 姓名： 学号：

前言 密码学（Cryptology）是研究秘密通信的原理和破译秘密信息的方法的一门学科。密码学的基本技术就是对数据进行一组可逆的数学变换，使未授权者不能理解它的真实含义。密码学包括密码编码学（Cryptography）和密码分析学（Cryptanalyst）两个既对立又统一的主要分支学科。研究密码变化的规律并用之于编制密码以保护信息安全的科学，称为密码编码学。研究密码变化的规律并用之于密码以获取信息情报的科学，称为密码分析学，也叫密码破译学。 密码学在信息安全中占有非常重要的地位，能够为信息安全提供关键理论与技术。密码学是一门古老而深奥的学问，按其发展进程，经历了古典密码和现代密码学两个阶段。现代密码学（Modern Cryptology）通常被归类为理论数学的一个分支学科，主要以可靠的数学方法和理论为基础，为保证信息的机密性、完整性、可认证性、可控性、不可抵赖性等提供关键理论与技术。

古典密码算法实验 在密码编码体制中有两种基本也是古老的编码体制一直沿用至今，它们是代替密码和置换密码，其历史悠久并且是现代密码体制的基本组成部分，在密码学中占有重要地位。古典密码是密码学发展的一个阶段，也是近代密码学产生的渊源，一般把Shannon 在1949 年发表“保密系统的通信理论”之前的时期称为古典密码时期。尽管古典密码大多比较简单，一般可用手工或机械方式实现，且都可用统计分析方法破译，目前已很少采用。但是，古典密码所采用的代替技术和置换技术仍然是现代分组密码算法设计的基础，了解它们的设计原理，有助于理解、设计和分析现代密码。 一、实验目的 通过编程实现经典的代替密码算法和置换密码，包括移位密码、维吉尼亚密码、周期置换密码、列置换密码，加深对代替技术的了解，为现代分组密码实验奠定基础。 二、实验原理 代替（Substitution）是古典密码中基本的处理技巧，就是将明文字母由其他字母表中