密码学课程设计实验报告(01).doc

课程设计报告
题目: 密码学课程设计
课程名称: 密码学课程设计
专业班级: 信息安全1302班
学号:
姓名:
指导教师:
报告日期: 2015-09-20
计算机科学与技术学院
目录
1. 课程实验概述 1
2. 实验内容 1
3. 实验要求 1
4. 实验一SPN设计与实现 2
. 基本思想 2
. 流程图 2
. 设计与实现 3
. 实验结果与结果分析 15
5. SPN增强版设计 20
. 设计思想 20
. 实现模块 21
. 运行结果与结果分析 26
6. RSA设计与实现 30
. 基本思想 30
. 设计与实现 30
. 运行结果与分析 41
7. 文件加密和解密 44
. 基本思想 44
. 流程图 45
. 设计与实现 46
. 实验结果与分析 48
8. 实验体会 50
. 收获 50
. 体会 50
9. 参考文献 51
课程实验概述
实验与实践教学与理论教学是相辅相成的,具有同等的重要的地位。为配合理论教学、培养学生分析问题和解决问题的能力以及加强训练学生专业实践能力而设置的教学环节,对完成教学计划、落实教学大纲,确保教学质量,培养学生分析问题、解决问题的能力和实践技能具有特别重要的意义。
密码学是信息安全与保密技术的核心,是一门实践性非常强的课程,实践教学是培养密码技术应用人才的重要途径,实践教学质量的好坏,实际上也决定了应用人才培养质量的高低。因此,加强密码学课程实践环节,提高实践教学质量,对培养高质量的应用型人才至关重要。
实验内容
通过一学期对密码学课程的学习,本次实验要求完成以下内容:
教材上SPN算法的实现;
对上述算法进行线性密码分析和差分密码分析,以及暴力求解其余密钥,最终求解32比特的密钥;
增强上述SPN的安全性;
对原始SPN以及增强版的SPN做随机性检测,并对检测结果分析;
生成RSA算法的参数;
快速实现RSA,包括模重复平方、中国剩余定理以及蒙哥马利算法;
结合RSA和增强版的SPN做文件(或通信)的加解密。
实验要求
本次实验要求主要有以下几点:
掌握线性密码分析和差分密码分析的基本原理以及方法;
体会位计算和预计算在算法快速实现中的作用;
可借助OpenSSl、GMP、BIGINT等大数运算库的低层基本函数,实现过程必须体现可借助OpenSSL、GMP、BIGINT等大数运算库的低层基本函数,实现过程中必须体现模重复平方、中国剩余定理和蒙哥马利算法的过程;
独立完成课程设计内容,现场演示并讲解;
课程设计完成后一周内,提交课程设计报告。
SPN设计与实现
基本思想
SPN也称代换置换网络是一种典型的迭代密码。相应的密码体制描述如下:
设r,m,Nr都是正整数,和都是置换。设,是由初始密钥K用密钥编排算法生成的所有可能的密钥编排方案之集。对一个密钥编排方案,使用如下图 4-1所示算法来加密明文。
图 4-1
流程图
根据SPN实现的基本思想,可以将SPN算法的实现分为以下几部分:密钥编排、S盒设计、P盒设计、SPN加密算法实现、SPN解密算法实现、线性密码分析、差分密码分析以及文件的加密和解密。流程图如下
图 4-2所示:
图 4-2
设计与实现
密钥编排设计
教材上的SPN的初始密钥为32比特,而加密解密算法需要5个轮密钥,轮密钥的长度为16比特,所以需要设计一个密钥编排算法。采用教材上的密钥编排算法,由初始密钥生成5个16比特的轮密钥,如下所示:
初始密钥:K=0011 1010 1001 0100 1101 0110 0011 1111
轮密钥:=00111 1010 1001 0100
=1010 1001 0100 1101
=1001 0100 1101 0110
=0100 1101 0110 0011
=1101 0110 0011 1111
在实现该算法时,32比特的初始密钥存放在一个整型数组int K[32]中,其中16比特的轮密钥每4比特转换为一个十进制数,轮密钥存放在一个二维数组int key[5][4]中。算法实现如下
图 4-3所示:
图 4-3
S盒和P盒设计
S盒设计
S盒的代换长度为4bits,下表格 1为本算法的S盒的定义,其中z和都是16进制表示。
z
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
E
4
D
1
2
F
B
8
3
A
6
C
5
9
0
7
表格 1
在定义了S盒之后,还需