密码学课程设计

1、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。3、 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)

2、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

3、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 < mc 增量 0 c< mm 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

4、，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限的，它最终肯定会是一个重复的循环。然而，通过本原多项式，线性反馈移位寄存器可以生成看起来

5、是随机的且循环周期非常长的序列。线性反馈移位寄存器(LFSR),它是由n个D触发器和若干个异或门组成的，如下图：其中，gn为反馈系数，取值只能为0或1，取为0时表明不存在该反馈之路，取为1时表明存在该反馈之路；n个D触发器最多可以提供2n-1个状态(不包括全0的状态)，为了保证这些状态没有重复，gn的选择必须满足一定的条件。下面以n=3，g0=1，g1=1,g2=0,g3=1为例，说明LFSR的特性，具有该参数的LFSR结构如下图：假设在开始时，D2D1D0=111(seed)，那么，当时钟到来时，有：D2=D1_OUT=1；D1=D0_OUTD2_OUT=0；D0=D2_OUT=1；即D2D

6、1D0=101；同理，又一个时钟到来时，可得D2D1D0=001. seed,就是随机数的种子，在系统运行的到某某时刻的时候，如果接到产生随机序列的命令，则获取当前的系统时刻作为seed，这里具有一定的随机性。功能流图： 开始 随机数生成 线性移位线性同余 口令认证系统 密钥生成系统 结束4、 安全性分析 基本满足预期的要求，能够保证安全需要，由于是利用随机数的方式进行加密和解密，而且算法本身的安全性也很高，所以有一定的实用性和稳定性，基本保障不会被破译。5、 总结展望 目前感觉随机数的生成是比较好的部分，满足课程设计本身的锻炼目的，采用时间作为seed，两种方法都能产生伪随机数，不足之处在于

7、，时间间隔小，产生的第一个随机数很相近，口令认证和随机数的加密解密工作可以更加完善，部分功能还不是太满美，时间更多些可以调试到更好。附录：实验代码：（完整的源程序）1线性同余import java.util.Calendar;import java.util.Scanner;public class Mainstatic double seed;static int rez;static int m;public static void main(String args) long enterTime=System.currentTimeMillis();/System.out.println

8、("请输入种子：");/Scanner get_seed=new Scanner(System.in);/seed=get_seed.nextInt();Calendar c=Calendar.getInstance();int hour=c.get(Calendar.HOUR_OF_DAY); int minute=c.get(Calendar.MINUTE); int second=c.get(Calendar.SECOND);String s=""+hour+minute+second;/System.out.println(s);seed=Int

9、eger.parseInt(s);/System.out.println(seed);/seed=hour+minute+second;m= (int) Math.pow(2, 31)-1;/System.out.println(m);for(int i=0;i<10;i+)rez=(int) (seed*16807)%m);System.out.print(rez+" ");seed=rez;System.out.println();long leaveTime=System.currentTimeMillis();double ju=leaveTime-enter

10、Time;System.out.println(ju/1000);2 线性反馈移位import java.util.Calendar;public class Mainstatic int seed;static int a;static int ji=31;public static void main(String args) long enterTime=System.currentTimeMillis();/System.out.println("请输入种子：");/Scanner get_seed=new Scanner(System.in);/seed=get_

11、seed.nextInt();Calendar c=Calendar.getInstance();int hour=c.get(Calendar.HOUR_OF_DAY); int minute=c.get(Calendar.MINUTE); int second=c.get(Calendar.SECOND);String s=""+hour+minute+second;/System.out.println(s);seed=Integer.parseInt(s);/seed=2;/System.out.println(seed);/seed=hour+minute+sec

12、ond;a=new intji;/m= (int) Math.pow(2, 16);for(int i=0;i<10;i+)a=stoe(seed);/int m=etos(a);/System.out.println();int m=(a28+a0)%2;for(int j=1;j<ji;j+)aj-1=aj;aji-1=m;/for(int ij=ji-1;ij>=0;ij-)/System.out.println(aij);seed=etos(a);System.out.print(seed+" ");System.out.println();lon

13、g leaveTime=System.currentTimeMillis();double ju=leaveTime-enterTime;System.out.println(ju/1000);public static int stoe(int x)int b;int m;b=new intji;for(m=0;x!=0;m+)bm=x%2;/System.out.println(bm);x=x/2;/System.out.println(m);for(;m<ji;m+)bm=0;/for(int i=0;i<ji;i+)/System.out.println(bji-1-i);

14、return b;public static int etos(int b)int m=0;for(int i=0;i<ji;i+)m+=bi*Math.pow(2, i);return m;3 口令认证系统import java.util.Calendar;public class Mainstatic int seed;static int a;static int ji=31;public static void main(String args) long enterTime=System.currentTimeMillis();/System.out.println("

15、;请输入种子：");/Scanner get_seed=new Scanner(System.in);/seed=get_seed.nextInt();Calendar c=Calendar.getInstance();int hour=c.get(Calendar.HOUR_OF_DAY); int minute=c.get(Calendar.MINUTE); int second=c.get(Calendar.SECOND);String s=""+hour+minute+second;/System.out.println(s);seed=Integer.p

16、arseInt(s);/seed=2;/System.out.println(seed);/seed=hour+minute+second;a=new intji;/m= (int) Math.pow(2, 16);for(int i=0;i<10;i+)a=stoe(seed);/int m=etos(a);/System.out.println();int m=(a28+a0)%2;for(int j=1;j<ji;j+)aj-1=aj;aji-1=m;/for(int ij=ji-1;ij>=0;ij-)/System.out.println(aij);seed=eto

17、s(a);System.out.print(seed+" ");System.out.println();long leaveTime=System.currentTimeMillis();double ju=leaveTime-enterTime;System.out.println(ju/1000);public static int stoe(int x)int b;int m;b=new intji;for(m=0;x!=0;m+)bm=x%2;/System.out.println(bm);x=x/2;/System.out.println(m);for(;m&l

18、t;ji;m+)bm=0;/for(int i=0;i<ji;i+)/System.out.println(bji-1-i);return b;public static int etos(int b)int m=0;for(int i=0;i<ji;i+)m+=bi*Math.pow(2, i);return m;public class Encrprivate char s=new char256;private char r=new char256;private char cd;private static String get;private static char ke

19、y;public String getget()return get;public void encr(String a,String k)get=""key=new chark.length();key=k.toCharArray();chushihuas(key);int ij=0,ji=0;char temp;cd=new chara.length();cd=a.toCharArray();for(int i=0;i<a.length();i+)ij=(ij+1)%256;ji=(ji+sij)%256;temp=sij;sij=sji;sji=temp;int

20、 n=(sij+sji)%256;cdi=sn;for(int i=0;i<a.length();i+)get+=cdi;System.out.println(get);public void chushihuas(char k)int ij=0;char temp;for(int i=0;i<256;i+)si=(char) i;ri=ki%k.length;for(int i=0;i<256;i+)ij=(ij+si+ri)%256;temp=si;si=sij;sij=temp;import java.awt.event.ActionEvent;import java.

21、awt.event.ActionListener;import javax.swing.JTextField;public class Listen1 implements ActionListenerstatic JTextField text2,text3;static String key1;/用户输入密钥static String key2="12345a"/共享密钥static String get1=""static String get2=""static Listen2 l2;public void setl2(Lis

22、ten2 t)l2=t;public void settext2(JTextField t) text2=t; public void settext3(JTextField t) text3=t; public void actionPerformed(ActionEvent e)if(l2.getrdom()=-1)text3.setText("请先“请求认证”！");return;/System.out.println(text2.getText();if(text2.getText().length()=0)/System.out.println(l2.getrdo

23、m();/System.out.println("1");text3.setText("还没有输入密码！");return;/*if(text2.getText().length()!=6)/System.out.println(l2.getrdom();text3.setText("密码只能为6位！");return;if(tell(text2.getText()=0)/System.out.println(l2.getrdom();text3.setText("密码只能为数字！");return;*/key1=

24、Integer.parseInt(text2.getText();key1=text2.getText();System.out.println("key1+l2.getrdom "+key1+"/"+l2.getrdom()+"");Encr en1=new Encr();String s1=""+l2.getrdom();en1.encr(s1, key1);get1=en1.getget();System.out.println(key1+"/"+s1);Encr en2=new Encr

25、();en2.encr(s1, key2);System.out.println(key1+"/"+s1);get2=en2.getget();/System.out.println(""+get1+"");/System.out.println(""+get2+"");if(1=comp(get1,get2)text3.setText("认证成功！");return;else text3.setText("密码错误，认证失败！");return;/*st

26、atic public int tell(String s)char a=s.toCharArray();for(int i=0;i<s.length();i+)if(ai!='1')&(ai!='2')&(ai!='3')&(ai!='4')&(ai!='5')&(ai!='6')&(ai!='7')&(ai!='8')&(ai!='9')&(ai!='0'

27、)return 0;return 1; */static public int comp(String a,String b)char sa=a.toCharArray();char sb=b.toCharArray();if(sa.length!=sb.length)return 0;for(int i=0;i<sa.length;i+)if(sai!=sbi)return 0;return 1;import java.awt.event.ActionEvent;import java.awt.event.ActionListener;import javax.swing.JTextF

28、ield;public class Listen2 implements ActionListenerJTextField text3;static int rdom=-1;public int getrdom() return rdom;public void settext3(JTextField t) text3=t; public void actionPerformed(ActionEvent e)Rdom ab=new Rdom();rdom=ab.get_rdom();System.out.println(rdom);text3.setText("准备认证，请按要求输入

29、密码！");import java.util.Calendar;public class Rdomstatic double seed;static int rez;static int m;public Rdom()public int get_rdom() Calendar c=Calendar.getInstance();int hour=c.get(Calendar.HOUR_OF_DAY); int minute=c.get(Calendar.MINUTE); int second=c.get(Calendar.SECOND);String s=""+h

30、our+minute+second;seed=Integer.parseInt(s);m= (int) Math.pow(2, 31)-1;rez=(int) (seed*16807)%m);return rez;4加密解密系统public class Encrprivate char s=new char256;private char r=new char256;private char cd;private static String get;private static String get2;private static char key;public String getget()

31、return get;public String getget2()return get2;public void encr(String a,String k)get=""key=new chark.length();key=k.toCharArray();chushihuas(key);int ij=0,ji=0;char temp;cd=new chara.length();cd=a.toCharArray();for(int i=0;i<a.length();i+)ij=(ij+1)%256;ji=(ji+sij)%256;temp=sij;sij=sji;s

32、ji=temp;int n=(sij+sji)%256;cdi=sn;for(int i=0;i<a.length();i+)get+=cdi;/System.out.println(get);public void denc(String a,String k)get2=""key=new chark.length();key=k.toCharArray();chushihuas(key);int ij=0,ji=0;char temp;cd=new chara.length();cd=a.toCharArray();for(int i=0;i<a.lengt

33、h();i+)ij=(ij+1)%256;ji=(ji+sij)%256;temp=sij;sij=sji;sji=temp;int n=(sij+sji)%256;cdi=sn;for(int i=0;i<a.length();i+)get2+=cdi;public void chushihuas(char k)int ij=0;char temp;for(int i=0;i<256;i+)si=(char) i;ri=ki%k.length;for(int i=0;i<256;i+)ij=(ij+si+ri)%256;temp=si;si=sij;sij=temp;imp

34、ort java.awt.event.ActionEvent;import java.awt.event.ActionListener;import java.io.BufferedReader;import java.io.BufferedWriter;import java.io.File;import java.io.FileNotFoundException;import java.io.FileReader;import java.io.FileWriter;import java.io.IOException;import javax.swing.JTextField;public

35、 class Listen1 implements ActionListenerstatic JTextField text2,text3;static String key1=""/用户输入密钥static String get1=""static String addr=""static Listen2 l2;public void setl2(Listen2 t)l2=t;public void settext2(JTextField t) text2=t; public void settext3(JTextField t)

36、text3=t; public void actionPerformed(ActionEvent e)if(l2.getrdom()=-1)text3.setText("请先“生成密钥”！");return;/System.out.println(text2.getText();if(text2.getText().length()=0)/System.out.println(l2.getrdom();/System.out.println("1");text3.setText("还没有输入地址！");return;/*if(text

37、2.getText().length()!=6)/System.out.println(l2.getrdom();text3.setText("密码只能为6位！");return;if(tell(text2.getText()=0)/System.out.println(l2.getrdom();text3.setText("密码只能为数字！");return;*/key1=Integer.parseInt(text2.getText();addr=text2.getText();/System.out.println("key1+l2.get

38、rdom "+adde+"/"+l2.getrdom()+"");Encr en1=new Encr();String s1=get_mifile(addr);key1=get_keyfile("E:Desktopkey.txt");if(s1=""|key1="") return;en1.encr(s1, key1);get1=en1.getget();write(get1);text3.setText("加密成功！");public String get_key

39、file(String s)String m=null;tryFile f=new File(s);SuppressWarnings("resource")BufferedReader in=new BufferedReader(new FileReader(f);try m=in.readLine(); catch (IOException e) / TODO 自动生成的 catch 块e.printStackTrace();catch(FileNotFoundException x)text3.setText("密钥文件丢失！");return &q

40、uot;"/x.printStackTrace();/System.out.println(m);return m;public String get_mifile(String s)String m=null;tryFile f=new File(s);SuppressWarnings("resource")BufferedReader in=new BufferedReader(new FileReader(f);try m=in.readLine(); catch (IOException e) / TODO 自动生成的 catch 块e.printStackTrace();catch(FileNotFoundException x)text3.setText("没有这个文件！");return ""/x.printStackTrace();/System.out.println(m);return m;pu