网络信息安全课程设计

网络信息安全概述课程设计报告

专业：信息管理与信息系统

小组组长：王文秀20907216

成员：

指导老师：

时间：2011.06.22——2011.06.26

目录

一需求分析 (1)

1.1课程设计的目的 (1)

1.2成员分工 (1)

二系统总体分析 (3)

2.1置换密码的介绍 (3)

2.2总体设计方案及思路 (3)

三源代码 (5)

3.1置换密码的例子 (5)

3.2 置换密码有密钥的矩阵算法 (6)

四设计总结 (11)

4.1 设计总结 (11)

一需求分析

1.1 课程设计的目的

随着互联网的不断发展，越来越多的企业对于自己的企业网站的保护需加

强，以及现在黑客技术越来越高，黑客进入企业或者盗窃内部机密而造成严重的后果。所以现在企业或者政府内部网站就必须加强力度以及保护措施。

而两两进行通讯的时候例如商务协商的所发的内容需要加密以及对文件、信息进行保护，防止黑客的盗取。有密钥的置换加密算法是一个重要的认识。考虑到用户可能试图旁路系统的情况，如物理地取走数据库，在通讯线路上窃听。对这样的威胁最有效的解决方法就是数据加密，即以加密格式存储和传输敏感数据。所以这次的网络信息安全课程设计，我们小组选择制作一个操作简单，又可以实现最基本的有密钥的指环加密算法。

1.2成员分工

总体分析：王文秀徐琦

概要设计：王玉荣王旭

系统分析：辛建红危庭庭

系统测试：武前荣王茜

系统开发：尉航源谢淼华

二系统总体分析

2.1 置换密码的介绍

置换密码是通过重新排列消息中元素位置而不改变元素本身来变换一个消息的密码方案称为置换密码（也称为换位密码）。置换密码是古典密码中除代换密码外的重要一类，它的原理广泛应用于现代分组密码的构造。

数据加密的术语有：明文，即原始的或未加密的数据。通过加密算法对其进行加密，加密算法的输入信息为明文和密钥；密文，明文加密后的格式，是加密算法的输出信息。加密算法是公开的，而密钥则是不公开的。密文，不应为无密

钥的用户理解，用于数据的存储以及传输。

2.2 总体设计方案及思路

1. 数据加密标准

传统加密方法有两种，替换和置换。上面的例子采用的就是替换的方法：使用密钥将明文中的每一个字符转换为密文中的一个字符。而置换仅将明文的字符按不同的顺序重新排列。单独使用这两种方法的任意一种都是不够安全的，但是将这两种方法结合起来就能提供相当高的安全程度。数据加密标准（Data Encryption Standard，简称DES）就采用了这种结合算法，它由IBM制定，并在1977年成为美国官方加密标准。

DES的工作原理为：将明文分割成许多64位大小的块，每个块用64位密钥进行加密，实际上，密钥由56位数据位和8位奇偶校验位组成，因此只有256个可能的密码而不是264个。每块先用初始置换方法进行加密，再连续进行16次复杂的替换，最后再对其施用初始置换的逆。第i步的替换并不是直接利用原始的密钥K，而是由K与i计算出的密钥Ki。

DES具有这样的特性，其解密算法与加密算法相同，除了密钥Ki的施加顺序相反以外。

2. 公开密钥加密

多年来，许多人都认为DES并不是真的很安全。事实上，即使不采用智能的方法，随着快速、高度并行的处理器的出现，强制破解DES也是可能的。"公开密钥"加密方法使得DES以及类似的传统加密技术过时了。公开密钥加密方法中，加密算法和加密密钥都是公开的，任何人都可将明文转换成密文。但是相应的解密密钥是保密的（公开密钥方法包括两个密钥，分别用于加密和解密），而且无法从加密密钥推导出，因此，即使是加密者若未被授权也无法执行相应的解密。

公开密钥加密思想最初是由Diffie和Hellman提出的，最著名的是Rivest、Shamir 以及Adleman提出的，现在通常称为RSA（以三个发明者的首位字母命名）的方法，该方法基于下面的两个事实：

1) 已有确定一个数是不是质数的快速算法；

2) 尚未找到确定一个合数的质因子的快速算法。

RSA方法的工作原理如下：

1) 任意选取两个不同的大质数p和q，计算乘积r=p*q；

2) 任意选取一个大整数e，e与(p-1)*(q-1)互质，整数e用做加密密钥。注意：e 的选取是很容易的，例如，所有大于p和q的质数都可用。

3) 确定解密密钥d：

d *

e = 1 modulo（p - 1）*（q - 1）

根据e、p和q可以容易地计算出d。

4) 公开整数r和e，但是不公开d；

5) 将明文P (假设P是一个小于r的整数)加密为密文C，计算方法为：

C = Pe modulo r

6) 将密文C解密为明文P，计算方法为：

P = Cd modulo r

然而只根据r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。下面举一简单的例子对上述过程进行说明，显然我们只能选取很小的数字。

例：选取p=3, q=5，则r=15，（p-1）*（q-1）=8。选取e=11（大于p和q的质数），通过d * 11 = 1 modulo 8，计算出d =3。

假定明文为整数13。则密文C为

C = Pe modulo r

= 1311 modulo 15

= 1,792,160,394,037 modulo 15

= 7

复原明文P为：

P = Cd modulo r

= 73 modulo 15

= 343 modulo 15

= 13

因为e和d互逆，公开密钥加密方法也允许采用这样的方式对加密信息进行"签名"，以便接收方能确定签名不是伪造的。假设A和B希望通过公开密钥加密方法进行数据传输，A和B分别公开加密算法和相应的密钥，但不公开解密算法和相应的密钥。A和B的加密算法分别是ECA和ECB，解密算法分别是DCA和DCB，ECA和DCA互逆，ECB和DCB互逆。若A要向B发送明文P，不是简单地发送ECB（P），而是先对P施以其解密算法DCA，再用加密算法ECB对结果加密后发送出去。密文C为：

C = ECB（DCA（P））

B收到C后，先后施以其解密算法DCB和加密算法ECA，得到明文P：

ECA（DCB（C））

= ECA（DCB（ECB（DCA（P））））

= ECA（DCA（P））/*DCB和ECB相互抵消*/

= P /*DCB和ECB相互抵消*/

这样B就确定报文确实是从A发出的，因为只有当加密过程利用了DCA算法，用ECA才能获得P，只有A才知道DCA算法，没有人，即使是B也不能伪造A

的签名。

三源代码

3.1置换密码的例子

1例：明文为字符串：

AS KINGFISHERS CATCH FIRE

（为简便起见，假定所处理的数据字符仅为大写字母和空格符）。假定密钥为字符串：

ELIOT

加密算法为：

1) 将明文划分成多个密钥字符串长度大小的块（空格符以"+"表示）

AS+KI NGFIS HERS+ CATCH +FIRE

2) 用00~26范围的整数取代明文的每个字符，空格符=00，A=01，...，Z=26：0119001109 1407060919 0805181900 0301200308 0006091805

3) 与步骤2一样对密钥的每个字符进行取代：

0512091520

4) 对明文的每个块，将其每个字符用对应的整数编码与密钥中相应位置的字符的整数编码的和模27后的值取代：

5) 将步骤4的结果中的整数编码再用其等价字符替换：

FDIZB SSOXL MQ+GT HMBRA ERRFY

如果给出密钥，该例的解密过程很简单。问题是对于一个恶意攻击者来说，在不知道密钥的情况下，利用相匹配的明文和密文获得密钥究竟有多困难？对于上面的简单例子，答案是相当容易的，不是一般的容易，但是，复杂的加密模式同样很容易设计出。理想的情况是采用的加密模式使得攻击者为了破解所付出的代价应远远超过其所获得的利益。实际上，该目的适用于所有的安全性措施。这种加密模式的可接受的最终目标是：即使是该模式的发明者也无法通过相匹配的明文和密文获得密钥，从而也无法破解密文

2置换密码(permutation cipher)，又称换位密码

（transposition cipher)：明文的字母保持相

同，但顺序被打乱了。

置换只不过是一个简单的换位，每个置换都可以用一个置换矩阵Ek来表示。每个置换都有一个与之对应的逆置换Dk。置换密码的特点是仅有一个发送方和接受方知道的加密置换（用于加密）及对应的逆置换（用于解密）。它是对明文L长字母组中的字母位置进行重新排列，而每个字母本身并不改变。

令明文m=m1,m2,...mL。令置换矩阵所决定的置换为pi，则加密置换c=Ek(m)=(c1,c2,...cL)=mpi(1),mpi(2),...,mpi(L)

解密置换

d=Dk(c)=(cn^-1(1),cn^-1(2),https://www.360docs.net/doc/e11272064.html,^-1(L))

例，置换密码。给定明文为the simplest possible transposition ciphers,将明文分成长为L=5的段，

m1=thesi, m2=mples m3=tposs m4=iblet,

m5=ransp, m6=ositi m7=oncip m8=hersx

最后一段长不足5，加添一个字母x。将隔断的字母序号按下述置换矩阵进行换位：

Ek= 0 1 2 3 4

1 4 3 0 2

得到密文如下

STIEH EMSLP STSOP EITLB SRPNA TOIIS IOPCN SHXRE

利用下述置换矩阵：

Dk=0 1 2 3 4

3 0

4 2 1

可将密文恢复为明文。

L=5时可能的置换矩阵总数为5！=120，一般为L！个。可以证明，在给定L下所有的置换矩阵构成一个L！对称群。

cookie

3.2有密钥的置换算法的矩阵加密代码

#include

Class SubKey

{ //定义子密钥为一个类

Public:

Int key[8][6];

}

subkey[16]; //定义子密钥对象数组

class DES

{

int encipher decipher; //判断加密还是解密

int key in [8][8]; //用户原始输入的64位二进制数

int key_out[8][7]; //除去每行的最后一位校验位

int c0_d0[8][7]; //存储经PC-1转换后的56位数据

int c0[4][7],d0[4][7]; //分别存储c0,d0

int text[8][8]; //64位明文

int text_ip[8][8]; //经IP转换过后的明文

int A[4][8],B[4][8]; //A,B分别存储经IP转换过后明文的两部分,便于交换

int temp[8][6]; //存储经扩展置换后的48位二进制值int temp1[8][6]; //存储和子密钥异或后的结果

int s_result[8][4]; //存储经S变换后的32位值

int text_p[8][4]; //经P置换后的32位结果

int secret_ip[8][8]; //经逆IP转换后的密文

public:

void Key_Putting();

void PC_1();

int function(int,int); //异或

void SubKey_Production();

void IP_Convert();

void f();

void _IP_Convert();

void Out_secret();

}；

void DES::Key_Putting() //得到密钥中对算法有用的56位

{

cout<<"请输入64位的密钥(8行8列且每行都得有奇数个1):\n";

for(int i=0;i<8;i++)

for(int j=0;j<8;j++)

{

cin>>key_in[i][j];

if(j!=7) key_out[i][j]=key_in[i][j];

}

}

void DES::PC_1() //PC-1置换函数

{

int pc_1[8][7]={ //PC-1

，

，

，

，

，

，

，

}；

int i,j;

for(i=0;i<8;i++)

for(j=0;j<7;j++)

c0_d0[i][j]=key_out[ (pc_1[i][j]-1)/8 ][ (pc_1[i][j]-1)%8 ];

}

int DES::function(int a,int b) //模拟二进制数的异或运算,a和b为整型的0和1,返回值为整型的0或1

{

if(a!=b)return 1;

else return 0；

}

void DES::SubKey_Production() //生成子密钥

{

int move[16][2]={ //循环左移的位数

1 , 1 ,

2 , 1 ,

3 , 2 ,

4 , 2 ,

5 , 2 ,

6 , 2 ,

9 , 1, 10 , 2,

11 , 2, 12 , 2,

13 , 2, 14 , 2,

15 , 2, 16 , 1

}；

int pc_2[8][6]={ //PC-2 14, 17 ,11 ,24 , 1 , 5,

3 ,28 ,15 , 6 ,21 ,10,

23, 19, 12, 4, 26, 8,

16, 7, 27, 20 ,13 , 2,

41, 52, 31, 37, 47, 55,

30, 40, 51, 45, 33, 48

30, 40, 51, 45, 33, 48

44, 49, 39, 56, 34, 53,

46, 42, 50, 36, 29, 32

}；

{

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

//生成子密钥

int j,k;

int a[2],b[2];

int bb[28],cc[28];

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

for(k=0;k<7;k++)

c0[j][k]=c0_d0[j][k];

for(j=4;j<8;j++)

for(k=0;k<7;k++)

d0[j-4][k]=c0_d0[j][k];

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

for(k=0;k<7;k++)

{

bb[7*j+k]=c0[j][k];

cc[7*j+k]=d0[j][k];

}

for(j=0;j

{

b[j]=cc[j];

}

for(j=0;j<28-move[i][1];j++)

{

bb[j]=bb[j+1];

cc[j]=cc[j+1];

}

for(j=0;j

{

bb[27-j]=a[j];

cc[27-j]=b[j];

}

for(j=0;j<28;j++)

{

c0[j/7][j%7]=bb[j];

d0[j/7][j%7]=cc[j];

}

for(j=0;j<4;j++) //L123--L128是把c0,d0合并成c0_d0 for(k=0;k<7;k++)

c0_d0[j][k]=c0[j][k];

for(k=0;k<7;k++)

for(j=4;j<8;j++)

c0_d0[j][k]=d0[j-4][k];

for(j=0;j<8;j++) //对Ci,Di进行PC-2置换

for(k=0;k<6;k++)

subkey[i].key[j][k]=c0_d0[ (pc_2[j][k]-1)/7 ][ (pc_2[j][k]-1)%7 ];

}

}

void DES::IP_Convert()

{

int IP[8][8]={ //初始置换IP矩阵

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

};

cout<<"你好,你要加密还是解密?加密请按1号键(输入1),解密请按2号键,并确定."<<'\n';

cin>>encipher_decipher;

char * s;

if(encipher_decipher==1) s="明文";

else s="密文";

cout<<"请输入64位"<

int i,j;

for(i=0;i<8;i++)

for(j=0;j<8;j++)

cin>>text[i][j];

for(i=0;i<8;i++) //进行IP变换

for(j=0;j<8;j++)

text_ip[i][j]=text[ (IP[i][j]-1)/8 ][ (IP[i][j]-1)%8 ];

}

四设计总结

4.1设计总结

这学期新开的课程《网络信息安全技术概论》，对于这门课程感到陌生又熟悉。书中描述的密码、数字签名、消息认证、黑客、漏洞等信息安全名词对于我们接触网络时间不短的学生来说不算是陌生的，但当我们真正去学习它理解它时发现对于信息安全世界我只是停留在认识这些词汇层面上的。“基于有密钥的系

统软件开发“，当知道要做这个实验时内心是有一些胆怯的，因为它涉及到数学算法、C语言程序及密码知识以及一些以前未涉足过的知识领域，总觉得它还是陌生的，对于书上的内容也有不理解的地方。抱着这样的想法我们开使了我的课程设计历程。一开始是不顺利的，因为人多，很多时候我们会产生分歧，不知从何下手，而老师允许我们上网搜罗一些资料，学习借鉴，能对这次设计有些大体概念和结构。

在试验完成时内心是有一些欣喜的，因为在实验这个过程中，我们学到的不仅是将所学理论知识与实践相结合，更加深入理解了所学知识外，更重要的是收获了经验与体会：

1.多学多问，学会他人技能。学问学问，无问不成学。知识和经验的收获可以说与勤学好问是成正比的，要记住知识总是垂青那些善于提问的人。

2.善于思考，真正消化知识。有知到识，永远不是那么简单的事，当你真正学会去思考时，他人的知识才能变成你自己的东西。

3.前人铺路，后人修路。墨守陈规永远不会有新的建树，前人的道路固然重要，但是学会另辟蹊径更为重要。

4.独立而不孤立。学会独立思考，独立实验，但要记住与他人的交流也是非常重要的，实验和实验事永远不是你自己的。

5..认真仔细地做好实验纪录。不要当你真正用到它时才知它的重要所性。

6.也是很重要的一点，团队合作精神。因为以前很多次试验设计都是个人完成的，这也导致了一些知识的封闭性。而这次，我们的团队人数是历来最多的一次，人多就意味着会有很多想法与创新，也就意味着要将这些不同的观点结合起来会有一定的困难。在整个设计过程中，我们也充分领悟到了团队这一名词，以及它所带来的深刻意义。

这次实验让我们更透彻得理解了密码、密钥这些词及它们内在的含义和所涉及的知识，也明白了每一个实验背后所要付出的比它所呈现的内容要多得多，总之这次实验让我们获益匪浅。