密码学实验报告

1、密码学实验报告 实验一 DES加密算法实验(一) 实验目的 理解对称加解密算法的原理和特点 理解DES算法的加解密原理(二) 实验背景DES算法为密码体制中的对称密码体制，又被称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。其入口参数有三个：key、data、mode。key为加密解密使用的密钥，data为加密解密的数据，mode为其工作模式

2、。当模式为加密模式时，明文按照64位进行分组，形成明文组，key用于对数据加密，当模式为解密模式时，key用于对数据解密。实际运用中，密钥只用到了64位中的56位，这样才具有高的安全性。详细描述：DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，他所使用的密钥也是64位，DES对64位的明文分组进行操作。通过一个初始置换，将明文分组分成左半部分和右半部分，各32位长。然后进行16轮相同的运算，这些相同的运算被称为函数f，在运算过程中数据和密钥相结合。经过16轮运算后左、右部分在一起经过一个置换（初始置换的逆置换），这样算法就完成了。（1）初始置换其功能是把输入的64位数据块按位重新组合，并

3、把输出分为L0，R0两部分，每部分各长32位，即将输入的第58位换到第1位，第50位换到第2位，依次类推，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。（2）逆置换经过16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换的逆运算。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。（3）函数f(Ri,Ki)的计算“扩展置换”是将32位放大成48位，“P盒置换”是32位到32位换位，在（Ri,Ki）算法描述图中，选择函数功能是把6b数据变为4b数据。(4)子密钥Ki(48

4、b)的生成算法开始，由于不考虑每个字节的第8位，DES的密钥从64位变为48位，如表6所示，首先56位密钥被分成两个部分，每部分28位，然后根据轮数，两部分分别循环左移l或2位。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实际可用位数只有56位。即：经过密钥置换表的变换后，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，然后分别进行第一次循环左移，得到C1，D1，将C1(28位)，D1(28位)合并得到56位，再经过压缩置换，从而便得到了密钥K0(48位)。依次类推，便可得到K1，K2，K15。需要注意的是，16次循环左移对应的左移位

5、数要依据表7所示的规则进行。DES算法的解密过程是一样的，区别仅在于第一次迭代时用子密钥K15，第二次是K14，最后一次用K0，算法本身并没有任何变化(三) 实验内容 熟悉DES算法的基本原理； 依据所算则的算法，编程实现该该算法； 执行程序并分析结果；(四) 实验过程1. 编写DES实验代码，采用c语言实现，详细代码见附录12. 运行实验代码，输入测试数据，进行加密和解密，得出结果，截图保存，并完成实验报告。 实验截图(五) 实验心得虽然DES算法在另一门课网络安全中已经有所了解，但是通过本次实验，我加深了对DES算法的加密解密原，熟悉了用DES算法对字符串和对文件进行加密。总的来说，DES

6、算法比较复杂，做加密解密实验时用DES算法来做难度有点大，好在有之前的基础，所以还是比较顺利的完成了本次实验。实验二 米勒拉宾算法实验(一) 实验目的 了解素数的判别算法 理解米勒拉宾算法的判定原理(二) 实验背景素数是一个除了1和它自身以外不能被任何其它数整除的数。现代密码学中的素性测试问题对很多的密码算法发展至关重要，如：RSA公钥加密算法。 素数的一个基本问题是确定一个给定的数是否是素数，即素性测试问题。关于素性测试的算法有很多种。其中国际流行的有以下几种：1. 基于素数性质的穷举素性测试算法 2. 基于费马小定理的素性测试算法 3. AKS 素性测试算法 4. Miller-Rabin

7、素性测试算法算法 5. Solovag-Strassen素性测试算法 6. Lehmann素性测试算法。 本次实验内容为Miller-Rabin素性测试算法算法。(三) 实验原理理论基础：如果n是一个奇素数， 将n-1表示成2s*r的形式(r是奇 数)，a 是和n互素的任何整数， 那么ar1(mod n) 或者对某个j(0j s 1， jZ) 等式 a(2j*r) 1(mod n)成立。这个理论是通过一个事实经由Fermat定理推导而来：n是一个奇素数，则方程x2 1 mod n只有1两个解算法实现：输入：一个大于3的奇整数n和一个大于等于1的安全参 数t(用于确定测试轮数)。 输出：返回n是

8、否是素数(概率意义上的，一般误判概率小于(1/2)80即可) 。 1.将n-1表示成2sr，(其 中 r是奇数)2. 对i从1到 循t 环作下面的操作： 2.1选择一个随机整数a(2a n-2)2.2计算y ar mod n2.3如果y1并且y n-1作下面的操作,否则转3： 2.3.1 j1; 2.3.2 当js-1 并且yn-1循环作下面操作,否则跳到 2.3.3 计算y y2 mod n; 如果 y=1返回 "合数 "； 否则 jj+1; 2.3.3如果y n-1 则返回" 合数" ； 3.返回"素数"。(四) 实验过程1. 编

9、写米勒拉宾算法程序，用c语言实现，代码见附录22. 运行该程序，输入测试数据，得出结果，截图保存，并完成实验报告实验截图(五) 实验心得本次实验内容比较新颖，是第一次接触到米勒拉宾素数检测原理，相对前一个实验来说更难理解，通过这次实验，理解和加深了对米勒拉宾算法的了解，知道了素数检测在密码学中的重要地位，受益匪浅。附录1：#include#includevoid EncodeMain(); void DecodeMain(); void Decode(int *str,int *keychar); void Encode(int *str,int *keychar); void keyBuil

10、d(int *keychar); void StrtoBin(int *midkey,int *keychar); void keyCreate(int *midkey2,int movebit,int i); void EncodeData(int *lData,int *rData,int *srt); void F(int *rData,int *key); void Expand(int *rData,int *rDataP); void ExchangeS(int *rDataP,int *rData); void ExchangeP(int *rData); void FillBi

11、n(int *rData,int n,int s); void DecodeData(int *str,int *lData,int *rData); int IP1=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,

12、63, 55, 47, 39, 31, 23, 15, 7, ;int IP2=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 ;int s416= 14,

13、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 , 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,

14、0,5,14,9 , 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 , 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, 3,15,0,6,10,1,1

15、3,8,9,4,5,11,12,7,2,14 , 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 , 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

16、,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13 , 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 , 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,

17、13,15,3,5,8, 2,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11 ;int Ex48= 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 ;int P32=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, 22,11,4,2

18、5 ;int PC156=57,49,41,33,25,17,9, 1,58,50,42,34,26,18, 10,2,59,51,43,35,27, 19,11,3,60,52,44,36, 63,55,47,39,31,33,15, 7,62,54,46,38,30,22, 14,6,61,53,45,37,29, 21,13,5,28,20,12,4 ;int PC248=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, 44,

19、49,39,56,34,53, 46,42,50,36,29,32 ;int key1648;char str8;void main() EncodeMain();void EncodeMain() int i; char keychar8; int key28; int strkey8; printf(请输入8个要加密的字符：n); for(i=0;i8;i+) scanf(%c,&stri); getchar(); for(i=0;i8;i+) strkeyi=stri; printf(n输入明文的十六进制为:n); for(i=0;i8;i+) printf(%10x,strkeyi);

20、 printf(n请输入密钥(8个字符):n); for(i=0;i8;i+) scanf(%c,&keychari); for(i=0;i8;i+) key2i=keychari; getchar(); Encode(strkey,key2); printf(n加密后十六进制密文是:n); for(i=0;i8;i+) printf(%10x,strkeyi); printf(nn请输入解密密码n); for(i=0;i8;i+) scanf(%c,&keychari); for(i=0;i8;i+) key2i=keychari; Decode(strkey,key2); for(i=0;

21、i8;i+) printf(%10x,strkeyi); for(i=0;i8;i+) stri=strkeyi; printf(n明文为：t); for(i=0;i8;i+) printf(%c,stri); printf(nn);void keyBuild(int *keychar) int i,j; int movebit=1,1,2,2,2,2,2,2, 1,2,2,2,2,2,2,1; int midkey256; int midkey64; StrtoBin(midkey,keychar); for(i=0;i56;i+) midkey2i=midkeyPC1i-1; for(i=

22、0;i16;i+) keyCreate(midkey2,movebiti,i); void StrtoBin(int *midkey,int *keychar) int trans8,i,j,k,n; n=0; for(i=0;i8;i+) j=0; while(keychari!=0) transj=keychari%2; keychari=keychari/2; j+; for(k=j;k8;k+)transk=0; for(k=0;k8;k+) midkeyn+=trans7-k; void keyCreate(int *midkey2,int movebit,int n) int i,

23、temp4; temp0=midkey20; temp1=midkey21; temp2=midkey228; temp3=midkey229; if(movebit=2) for(i=0;i26;i+) midkey2i=midkey2i+2; midkey2i+28=midkey2i+30; midkey226=temp0;midkey227=temp1; midkey254=temp2;midkey255=temp3; else for(i=0;i27;i+) midkey2i=midkey2i+1; midkey2i+28=midkey2i+29; midkey227=temp0;mi

24、dkey255=temp2; for(i=0;i48;i+) keyni=midkey2PC2i-1;void EncodeData(int *lData,int *rData,int *str) int i,j,temp8,lint,rint; int data64; lint=0,rint=0; for(i=0;i4;i+) j=0; while(stri!=0) tempj=stri%2; stri=stri/2; j+; while(j8)tempj+=0; for(j=0;j8;j+) lDatalint+=temp7-j; j=0; while(stri+4!=0) tempj=s

25、tri+4%2; stri+4=stri+4/2; j+; while(j8)tempj+=0; for(j=0;j8;j+)rDatarint+=temp7-j; for(i=0;i32;i+) datai=lDatai; datai+32=rDatai; for(i=0;i32;i+) lDatai=dataIP1i-1; rDatai=dataIP1i+32-1; void F(int *rData,int *key) int i,rDataP48; Expand(rData,rDataP); for(i=0;i48;i+) rDataPi=rDataPikeyi; ExchangeS(

26、rDataP,rData); ExchangeP(rData); void Expand(int *rData,int *rDataP) int i; for(i=0;i48;i+) rDataPi=rDataExi-1; void ExchangeS(int *rDataP,int *rData) int i,n,linex,liney; linex=liney=0; for(i=0;i48;i+=6) n=i/6; linex=(rDataPi1)+rDataPi+5; liney=(rDataPi+13)+(rDataPi+22)+(rDataPi+31)+rDataPi+4; Fill

27、Bin(rData,n,snlinexliney); void ExchangeP(int *rData) int i,temp32; for(i=0;i32;i+) tempi=rDatai; for(i=0;i32;i+) rDatai=tempPi-1; void FillBin(int *rData,int n,int s) int temp4,i; for(i=0;i4;i+) tempi=s%2; s=s/2; for(i=0;i4;i+) rDatan*4+i=temp3-i; void DecodeData(int *str,int *lData,int *rData) int

28、 i;int a,b;int data64; a=0,b=0; for(i=0;i32;i+) datai=lDatai; datai+32=rDatai; for(i=0;i32;i+) lDatai=dataIP2i-1; rDatai=dataIP2i+32-1; for(i=0;i32;i+) a=(lDatai&0x1)+(a1); b=(rDatai&0x1)+(b1); if(i+1)%8=0) stri/8=a;a=0; stri/8+4=b;b=0; void Encode(int *str,int *keychar) int lData32,rData32,temp32,rDataP48; int i,j; keyBuild(keychar); EncodeData(lData,rData,