现代密码学实验报告

现代密码学实验报告

学生姓名

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指导教师

学院信息科学与工程学院

完成时间2014年5月

实验一对称密码算法实验

[实验目的]

1.掌握密码学中经典的对称密码算法DES、AES、RC4的算法原理。

2.掌握DES、AES、RC4的算法流程和实现方法。

[实验预备]

1.DES算法有什么特点算法中的哪些结构保证了其混淆和扩散的特性

答：分组比较短、密钥太短、密码生命周期短、运算速度较慢。采用替代和置换的方法简单有效地遵循了香农定理，替代操作通过S盒达到了混淆效果，置换操作通过P盒扩散效果。

2.AES算法的基本原理和特点。

答：AES加密数据块分组长度必须为128比特，密钥长度可以是128比特、192比特、256比特中的任意一个（如果数据块及密钥长度不足时，会补齐）。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.流密码RC4的密钥流生成以及S盒初始化过程。

答：RC4由伪随机数生成器和异或运算组成。RC4的密钥长度可变，范围是[1,255]。RC4一个字节一个字节地加解密。给定一个密钥，伪随机数生成器接受密钥并产生一个S盒。S盒用来加密数据，而且在加密过程中S盒会变化。初始化长度为256的S盒。第一个for循环将0到255的互不重复的元素装入S盒。第二个for循环根据密钥打乱S盒。下面i,j 是两个指针。每收到一个字节，就进行while循环。通过一定的算法（(a),(b)）定位S盒中的一个元素，并与输入字节异或，得到k。循环中还改变了S盒（(c)）。如果输入的是明文，输出的就是密文；如果输入的是密文，输出的就是明文。

[实验内容]

1.分析DES、AES、RC4、SHA的实现过程。

2. 用程序设计语言将算法过程编程实现。

3. 完成字符串数据的加密运算和解密运算

输入明文：Idolikethisbook

输入密钥：cryption

[实验步骤]

1. 预习DES、AES、RC4算法。

2. 写出算法流程，用程序设计语言将算法过程编程实现。

DES算法流程：

代码：

#include ""

#include ""

#include

#include

#include <>

using namespace std;

enum{encrypt,decrypt};

入指定的明文、密钥进行实验，验证结果。

DES运行截图：

AES

文件：目录：

运行截图：RC4运行截图：

4.自己选择不同的输入，记录输出结果。DES：

AES：

RC4：

写出所编写程序的流程图和运行界面、运行结果。[问题讨论]

1.在DES算法中有哪些是弱密钥哪些是半弱密钥答：弱密钥（十六进制编码）：

001

FEFEFEFEFEFEFEFE

1F1F1F1F0F0F0E0E

E0E0E0E0F1F1F1F1

半弱密钥：

E01FE01FE01FE01F

FE01FE01FE01FE01

E001E001F101F101

FE1FFE1FFE01FE01。

2.改变明文或密钥中的一个比特值可能影响AES值中的多少比特

答：两个以上的比特。

3.分析实验中在编辑、编译、运行等各环节中所出现的问题及解决方法。

答：DES是分组密码，所以在完成一个一轮的8组加密后，要达到加密可变长度的明文时，必须很好的将算法循环成为一个完美的整体。但这个过程必须选择好输入与输出的方法和存储结构，比如使用string作为存储明文和密文的输出时，要注意到这种引用型的变量在存储时是属于同一片连续存储空间，所以一旦输出则会全部输出。所以必须每一次循环后赋空值达到释放空间的效果，然后用循环控制输出，用函数截取位数，达到控制效果。

AES算法在实现时要注意一个特别重要的地方，因为是给文件加密，所以必须将准备好的txt格式的记事本中放入要加密的明文，然后该文件必须放置在当前程序运行的目录之下，否则将无法加密。

RC4算法较为简单只需注意各处循环的参数指针即可，循环的嵌套以及输入输出与算法的结合，出错后，调整了相关的i,j值及循环位置即完成了。

回答问题

实验二公钥密码算法实验

[实验目的]

1.掌握密码学中常用的公钥密码算法RSA、ECC的算法原理。

2.掌握RSA、ECC的算法流程和实现方法。

[实验预备]

和ECC密码系统所基于的数学难题是什么

和ECC算法的基本原理。

3.公钥密码系统可以取代对称密码系统吗

和ECC的实现过程。

[实验内容]

1. 分析RSA、ECC的实现过程。

2. 用程序设计语言将算法过程编程实现

3. 完成数据的加密运算和解密运算

输入明文：security

输入密钥：cryption

对ASCII码进行加密和解密。

[实验步骤]

1. 预习RSA、ECC算法。

2. 了解大素数的生成、大数的运算、公钥、私钥的生成。

3. 写出算法流程，用程序设计语言将算法过程编程实现。RSA算法流程：

代码：

#include

#include

using namespace std; int CheckPrime()

{

int n;

double k;

cin >> n;

k = sqrt(n);

int i;

if(n>=2 && n<=10000) {

for(i=2; i<=k; i++) {

if(n%i == 0)

return 0;

v1.0 可编辑可修改

}

if(i>k)

return n;

}

else

cout << "输入的数字不符合要求，请重新输入！" << endl;

return 0;

}

int CreatePassword(int e,int p,int q,int m) {

int d=1;

int n;

int ou;握身份认证协议的原理和基本思想。

2.掌握SKEY协议的机制和实现方法。

[实验预备]

协议的作用。

协议的安全性分析。

协议的实现过程。

[实验内容]

1. 分析SKEY协议的实现过程。

2. 用程序设计语言将算法过程编程实现。

3. 演示SKEY协议的身份鉴别过程。

[实验步骤]

1.预习SKEY协议的机制。

2.选择和实现相应的摘要算法MD5或SHA。

选择了MD5算法，代码如下：

<>文件:

The following makes PROTOTYPES default to 0 if it has not already

been defined with C compiler flags.

*/

#ifndef PROTOTYPES

#define PROTOTYPES 1

#endif

/* POINTER defines a generic pointer type */

typedef unsigned char *POINTER;

/* UINT2 defines a two byte word */

typedef unsigned short int UINT2;

/* UINT4 defines a four byte word */

typedef unsigned long int UINT4;

/* PROTO_LIST is defined depending on how PROTOTYPES is defined above. If using PROTOTYPES, then PROTO_LIST returns the list, otherwise it

returns an empty list.

*/

#if PROTOTYPES

#define PROTO_LIST(list) list

#else

#define PROTO_LIST(list) ()

#endif

#endif

<>文件：

/* - header file for

*/

Created 1991. All

rights reserved.

License to copy and use this software is granted provided that it is identified as the "RSA Data Security, Inc. MD5 Message-Digest Algorithm" in all material mentioning or referencing this software or this function.

License is also granted to make and use derivative works provided that such works are identified as "derived from the RSA Data Security, Inc. MD5 Message-Digest Algorithm" in all material mentioning or referencing the derived work.

RSA Data Security, Inc. makes no representations concerning either the merchantability of this software or the suitability of this software for any particular purpose. It is provided "as is" without express or implied warranty of any kind.

These notices must be retained in any copies of any part of this documentation and/or software.

*/

/* MD5 context. */

#ifndef _MD5CONTEXT_H

#define _MD5CONTEXT_H

#include ""

typedef struct {

UINT4 state[4]; /* state (ABCD) */ UINT4 count[2]; /* number of bits, modulo 2^64 (lsb first) */ unsigned char buffer[64]; /* input buffer */ } MD5_CTX;

#ifdef __cplusplus MD5 message-digest algorithm

*/

/* Copyright (C) 1991-2, RSA Data Security, Inc. Created 1991. All

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License to copy and use this software is granted provided that it

is identified as the "RSA Data Security, Inc. MD5 Message-Digest Algorithm" in all material mentioning or referencing this software

or this function.

License is also granted to make and use derivative works provided

that such works are identified as "derived from the RSA Data

Security, Inc. MD5 Message-Digest Algorithm" in all material

mentioning or referencing the derived work.

RSA Data Security, Inc. makes no representations concerning either

the merchantability of this software or the suitability of this

software for any particular purpose. It is provided "as is"

without express or implied warranty of any kind.

These notices must be retained in any copies of any part of this documentation and/or software.

*/

#include ""

#include ""

/* Constants for MD5Transform routine.

*/

#define S11 7

#define S12 12

#define S13 17

#define S14 22

#define S21 5

#define S22 9

#define S23 14

#define S24 20

#define S31 4

#define S32 11

#define S33 16

#define S34 23

#define S41 6

#define S42 10

#define S43 15

#define S44 21

static void MD5Transform PROTO_LIST ((UINT4 [4],unsigned char [64]));

static void Encode PROTO_LIST

((unsigned char *, UINT4 *, unsigned int));

static void Decode PROTO_LIST

((UINT4 *, unsigned char *, unsigned int));

static void MD5_memcpy PROTO_LIST ((POINTER, POINTER, unsigned int)); static void MD5_memset PROTO_LIST ((POINTER, int, unsigned int));

static unsigned char PADDING[64] = {

0x80, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0

};

/* F, G, H and I are basic MD5 functions.

*/

#define F(x, y, z) (((x) & (y)) | ((~x) & (z)))

#define G(x, y, z) (((x) & (z)) | ((y) & (~z)))

#define H(x, y, z) ((x) ^ (y) ^ (z))

#define I(x, y, z) ((y) ^ ((x) | (~z)))

/* ROTATE_LEFT rotates x left n bits.

*/

#define ROTATE_LEFT(x, n) (((x) << (n)) | ((x) >> (32-(n))))

/* FF, GG, HH, and II transformations for rounds 1, 2, 3, and 4. Rotation is separate from addition to prevent recomputation.

*/

#define FF(a, b, c, d, x, s, ac) { \

(a) += F ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac); \

(a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); \

(a) += (b); \

}

#define GG(a, b, c, d, x, s, ac) { \

(a) += G ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac); \

(a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); \

(a) += (b); \

}

#define HH(a, b, c, d, x, s, ac) { \

(a) += H ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac); \

(a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); \

(a) += (b); \

}

#define II(a, b, c, d, x, s, ac) { \

(a) += I ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac); \

(a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); \

(a) += (b); \

}

/* MD5 initialization. Begins an MD5 operation, writing a new context. */

void MD5Init (context)

MD5_CTX *context; /* context */ {

context->count[0] = context->count[1] = 0;

/* Load magic initialization constants.

*/

context->state[0] = 0x;

context->state[1] = 0xefcdab89;

context->state[2] = 0x98badcfe;

context->state[3] = 0x;

}

/* MD5 block update operation. Continues an MD5 message-digest

operation, processing another message block, and updating the

context.

*/

void MD5Update (context, input, inputLen)

MD5_CTX *context; /* context */

unsigned char *input; /* input block */

unsigned int inputLen; /* length of input block */ {

unsigned int i, index, partLen;

/* Compute number of bytes mod 64 */

index = (unsigned int)((context->count[0] >> 3) & 0x3F);

/* Update number of bits */

if ((context->count[0] += ((UINT4)inputLen << 3))

< ((UINT4)inputLen << 3))

context->count[1]++;

context->count[1] += ((UINT4)inputLen >> 29);

partLen = 64 - index;

/* Transform as many times as possible.

*/

if (inputLen >= partLen) {

MD5_memcpy

((POINTER)&context->buffer[index], (POINTER)input, partLen);

MD5Transform (context->state, context->buffer);

for (i = partLen; i + 63 < inputLen; i += 64)

MD5Transform (context->state, &input[i]);

index = 0;

}

else

i = 0;

/* Buffer remaining input */

MD5_memcpy

((POINTER)&context->buffer[index], (POINTER)&input[i],

inputLen-i);

}

/* MD5 finalization. Ends an MD5 message-digest operation, writing the the message digest and zeroizing the context.

*/

void MD5Final (digest, context)

unsigned char digest[16]; /* message digest */ MD5_CTX *context; /* context */ {

unsigned char bits[8];

unsigned int index, padLen;

/* Save number of bits */

Encode (bits, context->count, 8);

/* Pad out to 56 mod 64.

*/

index = (unsigned int)((context->count[0] >> 3) & 0x3f);

padLen = (index < 56) (56 - index) : (120 - index);

MD5Update (context, PADDING, padLen);

/* Append length (before padding) */

MD5Update (context, bits, 8);

/* Store state in digest */

Encode (digest, context->state, 16);

/* Zeroize sensitive information.

*/

MD5_memset ((POINTER)context, 0, sizeof (*context));

}

/* MD5 basic transformation. Transforms state based on block. */

static void MD5Transform (state, block)

UINT4 state[4];

unsigned char block[64];

{