現(xiàn)代密碼學課程設計實驗報告-4300字

現(xiàn)代密碼學課程設計實驗報告-4300字

西安科技大學《現(xiàn)代密碼學》課程設計報告題目：密碼學計算器學院:計算機科學與技術(shù)學院班級:姓名：學號:日期：2015.1.8一．課程設計題目密碼學計算器的研究與實現(xiàn)二．分工對稱密碼程序?qū)崿F(xiàn)Des算法組長:古典密碼程序設計（置換）SHA算法ECC算法三．軟件運行環(huán)境Windows7操作系統(tǒng)visualC++四．算法設計思想1.古典密碼置換算法置換密碼算法的原理是不改變明文字符，只將字符在明文中的排列順序改變，從而實現(xiàn)明文信息的加密。置換密碼又稱為換位密碼。矩陣換位法是實現(xiàn)置換密碼的一種常用方法。它將明文中的字母按照給定的順序安排在一個矩陣中，然后又根據(jù)密鑰提供的順序重新組合矩陣中的字母，從而形成密文。例如，明文為attackbeginsatfive，密鑰為cipher，將明文按照每行6個字母的形式排在矩陣中，形成如下形式：attackbeginsatfive根據(jù)密鑰cipher中各字母在字母表中出現(xiàn)的先后順序，得到給定的一個置換：f=145326因此有：密鑰：145326明文：attackbeginsatfive根據(jù)上面的置換，將原有矩陣中的字母按照第1列、第4列、第5列、第3列、第2列、第6列的順序排列、則有下面的形式：aacttkbingesaivfte從而得到密文：abatgftetcnvaiikse其解密過程是根據(jù)密鑰的字母數(shù)作為列數(shù)，將密文按照列、行的順序?qū)懗?，再根?jù)由密鑰給出的矩陣置換產(chǎn)生新的矩陣，從而恢復明文。2.ECC算法ECC（EllipticCurvesCryptography）加密算法是一種公鑰加密算法，與主流的RSA算法相比，ECC算法可以使用較短的密鑰達到相同的安全程度。近年來，人們對ECC的認識已經(jīng)不再處于研究階段，開始逐步進入實際應用，如國家密碼管理局頒布的SM2算法就是基于ECC算法的在引入橢圓曲線之前，不得不提到一種新的坐標系-------射影平面坐標系，它是對笛卡爾直角坐標系的擴展，增加了無窮遠點的概念。在此坐標系下，兩條平行的直線是有交點的，而交點就是無窮遠點。兩者的變換關(guān)系為：笛卡爾坐標系中的點a（x,y），令x=X/Z，y=Y/Z，則射影平面坐標系下的點a的坐標為（X,Y,Z)，如點（2,3）就轉(zhuǎn)換為（2Z,3Z,Z）。加法法則運算法則：任意取橢圓曲線上兩點P、Q（若P、Q兩點重合，則做P點的切線）做直線交于橢圓曲線的另一點R’，過R’做y軸的平行線交于R。我們規(guī)定P+Q=R。（如圖）下面，我們利用P、Q點的坐標(x1,y1)，(x2,y2)，求出R=P+Q的坐標(x4,y4)。P,Q,R'共線，設為y=kx+b，若P≠Q(mào)，k=(y1-y2)/(x1-x2)若P=Q，k=(3x2+2a2x+a4-a1y)/(2y+a1x+a3)解方程組得到：x4=k2+ka1-a2-x1-x2;y4=k(x1-x4)-y1-a1x4-a3;3.對稱密碼DES算法DES是一個16輪的Feistel型結(jié)構(gòu)密碼，它的分組長度為64比特，用一個56比特的密鑰來加密一個64比特的明文串，輸出一個64比特的密文串。其中，使用密鑰為64比特，實用56比特，另8位用作奇偶校驗。加密的過程是先對64位明文分組進行初始置換，然后分左、右兩部分分別經(jīng)過16輪迭代，然后再進行循環(huán)移位與變換，最后進行逆變換得出密文。加密與解密使用相同的密鑰，因而它屬于對稱密碼體制。圖4-3給出了DES過程框圖。假設輸入的明文數(shù)據(jù)是64比特。首先經(jīng)過初始置換IP后把其左半部分32比特記為L0，右半部分32比特記為R0，即成了置換后的輸入；然后把R0與密鑰產(chǎn)生器產(chǎn)生的子密鑰k1進行運算，其結(jié)果計為f(R0,k1);再與L0進行摸2加得到L0○+f(R0,k1),把R0記為L1放在左邊，而把L0○+f(R0,k1)記為R1放在右邊，從而完成了第一輪迭代運算。在此基礎上，重復上述的迭代過程，一直迭代至第16輪。所得的第16輪迭代結(jié)果左右不交換，即L15○+f(R15,k16)記為R16,放在左邊，而R15記為L16放在右邊，成為預輸出，最后經(jīng)過初始置換的逆置換IP-1運算后得到密文。圖4-3DES框圖DES的解密過程與加密過程共用了同樣的計算過程。兩者的不同之處僅在于解密時子密鑰ki的使用順序與加密時相反。如果加密的子密鑰k1，k2,…,k16,那么，解密時子密鑰的使用順序為與k16，k15,…,k1。即：用DES解密時，將以64位密文作為輸入，第一輪迭代使用子密鑰k16；第二輪迭代使用子密鑰k15,…,第16輪迭代使用子密鑰k1,其他運算與加密時一樣，最后輸出的便是64位明文。4.SHA算法散列是信息的提煉，通常其長度要比信息小得多，且為一個固定長度。加密性強的散列一定是不可逆的，這就意味著通過散列結(jié)果，無法推出任何部分的原始信息。任何輸入信息的變化，哪怕僅一位，都將導致散列結(jié)果的明顯變化，這稱之為雪崩效應。散列還應該是防沖突的，即找不出具有相同散列結(jié)果的兩條信息。具有這些特性的散列結(jié)果就可以用于驗證信息是否被修改。SHA-1是一種數(shù)據(jù)加密算法，該算法的思想是接收一段明文，然后以一種不可逆的方式將它轉(zhuǎn)換成一段（通常更小）密文，也可以簡單的理解為取一串輸入碼（稱為預映射或信息），并把它們轉(zhuǎn)化為長度較短、位數(shù)固定的輸出序列即散列值（也稱為信息摘要或信息認證代碼）的過程。單向散列函數(shù)的安全性在于其產(chǎn)生散列值的操作過程具有較強的單向性。如果在輸入序列中嵌入密碼，那么任何人在不知道密碼的情況下都不能產(chǎn)生正確的散列值，從而保證了其安全性。SHA將輸入流按照每塊512位（64個字節(jié)）進行分塊，并產(chǎn)生20個字節(jié)的被稱為信息認證代碼或信息摘要的輸出。該算法輸入報文的長度不限，產(chǎn)生的輸出是一個160位的報文摘要。輸入是按512位的分組進行處理的。SHA-1是不可逆的、防沖突，并具有良好的雪崩效應。通過散列算法可實現(xiàn)數(shù)字簽名實現(xiàn)，數(shù)字簽名的原理是將要傳送的明文通過一種函數(shù)運算（Hash）轉(zhuǎn)換成報文摘要（不同的明文對應不同的報文摘要），報文摘要加密后與明文一起傳送給接受方，接受方將接受的明文產(chǎn)生新的報文摘要與發(fā)送方的發(fā)來報文摘要解密比較，比較結(jié)果一致表示明文未被改動，如果不一致表示明文已被篡改。MAC（信息認證代碼）就是一個散列結(jié)果，其中部分輸入信息是密碼，只有知道這個密碼的參與者才能再次計算和驗證MAC碼的合法性。五．算法設計與分析（含流程圖）該密碼學計算器實現(xiàn)了四個功能，其中兩個：（1）古典密碼程序設計（置換）（2）對稱密碼程序?qū)崿F(xiàn)（DES）（3）SHA算法（4）ECC算法我負責的是古典密碼置換算法，我的思想是：不改變原給字母的字符，只根據(jù)所給秘鑰改變原給字符串的順序，從而對明文加密，解密思想與加密一樣。加密核心代碼如下：printf("請輸入需要加密的字符數(shù)量（不大于100）:");scanf("%d",&k);printf("請輸入明文(字符串):\n");for(i=0;i<k;i++)scanf("%d",&ming[i]);for(j=0;j<k;j++){}l=1;a=ming[j];m=1;for(i=1;i<=e;i++)m=m*a;l=m%n;if(l<0)l=l+n;c[j]=l;printf("加密后的密文是：\n");for(j=0;j<k;j++)printf("%d",c[j]);解密核心代碼如下：printf("請輸入需要解密的字符數(shù)量（不大于100）:");scanf("%d",&k);printf("請輸入密文(字符串):\n");for(i=0;i<k;i++)scanf("%d",&c[i]);for(j=0;j<k;j++){m=1;l=1;a=c[j];for(i=1;i<=d;i++)m=m*a;l=m%n;if(l<0)//在進行Mod操作時，會出現(xiàn)負數(shù)，我進行了+n操作。l=l+n;ming[j]=l;}printf("解密后的明文是：\n");for(j=0;j<k;j++)printf("%d",ming[j]);1.公鑰e與t的互素判斷函數(shù)2.Main函數(shù)六．測試結(jié)果與分析加密如下：解密：七．總結(jié)這次課程設計，使我對密碼學這門課有了更深刻地理解，也為畢業(yè)設計打下了一定的密碼學基礎。我負責的是古典密碼置換算法，在算法編程實現(xiàn)時，確實遇到了出現(xiàn)亂碼的以及加密后出現(xiàn)問題，通過和組員的討論和查資料，解決了這一問題，收獲頗多。八．參考文獻1.楊義先.應用密碼學.北京郵電大學出版社.20xx年2.楊波.現(xiàn)代密碼學.清華大學出版社.20xx年

第二篇：現(xiàn)代密碼學實驗報告(/r