中南大學現(xiàn)代密碼學實驗報告

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1、現(xiàn)代密碼學實驗報告學生姓名代巍學號0909121615專業(yè)班級信息安全1201指導教師段桂華學院信息科學與工程學院完成時間2014年5月實驗一對稱密碼算法實驗[實驗目的]1.掌握密碼學中經(jīng)典的對稱密碼算法DES、AES、RC4的算法原理。2.掌握DES、AES、RC4的算法流程和實現(xiàn)方法。[實驗預備]1.DES算法有什么特點？算法中的哪些結構保證了其混淆和擴散的特性？2.AES算法的基本原理和特點。3.流密碼RC4的密鑰流生成以及S盒初始化過程。[實驗內(nèi)容]1.分析DES、AES、RC4、SHA的實現(xiàn)過程。2.用程序設計語言將算法過程

2、編程實現(xiàn)。3.完成字符串數(shù)據(jù)的加密運算和解密運算輸入明文：Idolikethisbook輸入密鑰：cryption[實驗步驟]1.預習DES、AES、RC4算法。2.寫出算法流程，用程序設計語言將算法過程編程實現(xiàn)。3.輸入指定的明文、密鑰進行實驗，驗證結果。4.自己選擇不同的輸入，記錄輸出結果。寫出所編寫程序的流程圖和運行界面、運行結果。一、DES算法1.DES算法及原理DES密碼實際上是Lucifer密碼的進一步發(fā)展。它是一種采用傳統(tǒng)加密方法的區(qū)組密碼。它的算法是對稱的，既可用于加密又可用于解密。美國國家標準局1973年開始研究除國

3、防部外的其它部門的計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)加密標準，于1973年5月15日和1974年8月27日先后兩次向公眾發(fā)出了征求加密算法的公告。加密算法要達到的目的通常稱為DES密碼算法要求主要為以下四點：提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)保護，防止數(shù)據(jù)未經(jīng)授權的泄露和未被察覺的修改；具有相當高的復雜性，使得破譯的開銷超過可能獲得的利益，同時又要便于理解和掌握DES密碼體制的安全性應該不依賴于算法的保密，其安全性僅以加密密鑰的保密為基礎實現(xiàn)經(jīng)濟，運行有效，并且適用于多種完全不同的應用。目前在這里，隨著三金工程尤其是金卡工程的啟動，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能

4、卡（IC卡）、加油站、高速公路收費站等領域被廣泛應用，以此來實現(xiàn)關鍵數(shù)據(jù)的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密傳輸，IC卡與POS間的雙向認證、金融交易數(shù)據(jù)包的MAC校驗等，均用到DES算法。DES算法的入口參數(shù)有三個：Key、Data、Mode。其中Key為8個字節(jié)共64位，是DES算法的工作密鑰；Data也為8個字節(jié)64位，是要被加密或被解密的數(shù)據(jù)；Mode為DES的工作方式，有兩種：加密或解密。DES算法是這樣工作的：如Mode為加密，則用Key去把數(shù)據(jù)Data進行加密，生成Data的密碼形式（64位）作為DES的輸出結果；如Mo

5、de為解密，則用Key去把密碼形式的數(shù)據(jù)Data解密，還原為Data的明碼形式（64位）作為DES的輸出結果。在通信網(wǎng)絡的兩端，雙方約定一致的Key，在通信的源點用Key對核心數(shù)據(jù)進行DES加密，然后以密碼形式在公共通信網(wǎng)（如電話網(wǎng)）中傳輸?shù)酵ㄐ啪W(wǎng)絡的終點，數(shù)據(jù)到達目的地后，用同樣的Key對密碼數(shù)據(jù)進行解密，便再現(xiàn)了明碼形式的核心數(shù)據(jù)。這樣，便保證了核心數(shù)據(jù)（如PIN、MAC等）在公共通信網(wǎng)中傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?。通過定期在通信網(wǎng)絡的源端和目的端同時改用新的Key，便能更進一步提高數(shù)據(jù)的保密性，這正是現(xiàn)在金融交易網(wǎng)絡的流行做法。DES

6、算法流程圖子密鑰產(chǎn)生流程圖2.DES算法加密解密過程(1)加密過程。a.初始置換。DES的第一階段包括64位分組的置換，改變每個分組中位的順序。術語置換使用其嚴格的數(shù)學意義；只改變了順序。這64位數(shù)據(jù)現(xiàn)在被分成兩半：L0（左半部分）和R0（右半部分）。下標0說明是原始的數(shù)據(jù)。在DES算法第二階段的每次循環(huán)后，這些下標加1。b.循環(huán)移位(16次)一種根據(jù)密鑰，并且依賴于表格的算法。這種操作通常被稱為數(shù)據(jù)移位。這個算法要重復16次，但由于每次移位都使用密鑰的不同子分組，因此每次移位的操作各不相同。密鑰的子分組由另一組表格和表格的移位算法來

7、確定。在每次循環(huán)以后，L（左半部分）和R（右半部分）的下標依次加一。第16次循環(huán)的結果被稱為預輸出。c.逆置換DES的最后一個階段包括64位分組的置換，改變每個分組中位的順序，這與第1階段的操作類似。這次置換的輸出結果就是密文。(2)解密過程DES的解密過程和加密過程相同，只是在解密過程中將子密鑰的使用順序顛倒。3.DES算法C++實現(xiàn)模塊化設計(囿于篇幅，舉幾個代表的例子)(1)二進制轉(zhuǎn)換(將輸入的字符串轉(zhuǎn)化為比特數(shù)組)voiderjinzhi(charz[8],int*q){charch;inti,j,a=7;for(i=0;i<

8、8;i++){ch=z[i];for(j=0;j<8;j++){*(q+a)=ch%2;ch=ch/2;a--;}a=a+16;}for(i=0;i<=63;i++){if(i%8==0)printf("");print