西电网络安全实验.docx
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西电网络安全实验
《计算机与网络安全》课程实验
2016年月6月
实验一DES加解密算法的实现
一、实验目的及任务：
掌握DES加密算法的加解密过程。
二、实验环境
VC或TC编程环境；主机操作系统为Windows2000或WindowsXP；
三、实验原理
要深入理解对称加密算法，掌握DES加密过程。
具备一定的C语言编程技
能。
DES（DataDES（DataEncryptionStandard）算法，于1977年得到美国政府的正式许可，是一种用56位密钥来加密64位数据的方法。
DES算法以被应用于许多需要安全加密的场合。
（一）、密钥生成
1、变换密钥
取得64位的密钥，每个第8位作为奇偶校验位。
2、变换密钥。
（1）、舍弃64位密钥中的奇偶校验位，根据下表（PC-1）进行密钥变换得到56位的密钥，在变换中，奇偶校验位以被舍弃。
（2）、将变换后的密钥分为两个部分，开始的28位称为C[0]，最后的28位称为D[0]。
（3）生成16个子密钥，初始I=1。
（i）、同时将C[I]、D[I]左移1位或2位，根据I值决定左移的位数。
（ii）、将C[I]D[I]作为一个整体按下表（PC-2）变换，得到48位的K[I]
（iii）、从1-2-3-1处循环执行，直到K[16]被计算完成。
（二）、处理64位的数据
1、取得64位的数据，如果数据长度不足64位，应该将其扩展为64位（例如补零）
2、将64位数据按下表变换（IP）
3、将变换后的数据分为两部分，开始的32位称为L[0]，最后的32位称为R[0]。
4、用16个子密钥加密数据，初始I=1。
（1）、将32位的R[I-1]按下表（E）扩展为48位的E[I-1]
（2）、异或E[I-1]和K[I]，即E[I-1]XORK[I]
（3）、将异或后的结果分为8个6位长的部分，第1位到第6位称为B[1]，第7位到第12位称为B[2]，依此类推，第43位到第48位称为B[8]。
（4）、按S表变换所有的B[J]，初始J=1。
所有在S表的值都被当作4位长度处理。
（i）将B[J]的第1位和第6位组合为一个2位长度的变量M，M作为在S[J]中的行号。
（ii）、将B[J]的第2位到第5位组合，作为一个4位长度的变量N，N作为在S[J]中的列号。
（iii）、用S[J][M][N]来取代B[J]。
（iv）、从（i）处循环执行，直到B[8]被替代完成。
（5）、将B[1]到B[8]组合，按下表（P）变换，得到P。
（6）、异或P和L[I-1]结果放在R[I]，即R[I]=PXORL[I-1]。
（7）、L[I]=R[I-1]
（8）、从2-4-1处开始循环执行，直到K[16]被变换完成。
5、、组合变换后的R[16]L[16]（注意：
R作为开始的32位），按下表（IP-1）变换得到最后的结果。
四、实验步骤
利用编程语言实现DES加解密算法。
1、编程
2、调试
3、运行结果
4、存盘
五、实验结果
加密：
Key:
0x300x300x300x30......0x30（8个字节）
Data:
0x310x310x310x31......0x31（8个字节）
Mode:
Encryption
结果：
655ea628cf62585f
解密：
Key:
0x310x31......0x31（8个0x31）
Data:
655ea628cf62585f
Mode:
Decryption
结果：
0x310x31......0x31（8个0x31）
六、实验思考题
DES算法主要有哪几部分？
可以画出流程
一轮迭代过程：
七、DES源程序
#include"memory.h"
#include"stdio.h"
#include
usingnamespacestd;
enum{encrypt,decrypt};//ENCRYPT:
加密，DECRYPT：
解密
voiddes_run（intout[8],intin[8],booltype=encrypt）;
//设置密钥
voiddes_setkey（constintkey[8]）;
staticvoidf_func（boolin[32],constboolki[48]）;//f函数
staticvoids_func（boolout[32],constboolin[48]）;//s盒代替
//变换
staticvoidtransform（bool*out,bool*in,constint*table,intlen）;
staticvoidtrans（bool*out,bool*in）;
staticvoidXOR（bool*ina,constbool*inb,intlen）;//异或
staticvoidrotatel（bool*in,intlen,intloop）;//循环左移
staticvoidbytetobit1（bool*out,constint*in,intbits）;
//位组转换成字节组
staticvoidbittobyte1（int*out,constbool*in,intbits）;
staticvoidbytetobit（bool*out,constint*in,intbits）;
//置换IP表
conststaticintip_table[64]={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};
//逆置换IP-1表
conststaticintipr_table[64]={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};
//E位选择表
staticconstinte_table[48]={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};
//P换位表
conststaticintp_table[32]={16,7,20,21,29,12,28,17,1,15,23,26,5,18,31,10,2,8,24,14,32,27,3,9,19,13,30,6,22,11,4,25};
//pc1选位表
conststaticintpc1_table[56]={
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,
31,23,15,7,62,54,46,38,
30,22,14,6,61,53,45,37,
29,21,13,5,28,20,12,4
};
//pc2选位表
conststaticintpc2_table[48]={
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,
51,45,33,48,44,49,39,56,
34,53,46,42,50,36,29,32
};
//左移位数表
conststaticintloop_table[16]={1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};
//S盒
conststaticints_box[8][4][16]={
//s1
14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7,
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,
//s2
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,
13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9,
//s3
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,
//s4
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,
3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14,
//s5
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,
//s6
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,
4,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13,
//s7
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,
//s8
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,
7,11,4,1,9,12,14,2,0,6,10,13,15,3,5,8,
2,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11
};
staticboolsubkey[16][48];//16圈子密钥
voiddes_run（intout[8],intin[8],booltype）
{
//for（inti=0;i<8;i++）
//printf（"%d",in[i]）;
//printf（"\n"）;
staticboolm[64],tmp[32],*li=&m[0],*ri=&m[32];
bytetobit1（m,in,64）;
transform（m,m,ip_table,64）;
/*for（inti=0;i<8;i++）
{
for（intj=0;j<8;j++）
{
cout<}
cout<}
cout<if（type==encrypt）
{
for（inti=0;i<16;i++）
{
memcpy（tmp,ri,32）;
f_func（ri,subkey[i]）;
XOR（ri,li,32）;
memcpy（li,tmp,32）;
}
trans（m,m）;
}
else{
trans（m,m）;
for（inti=15;i>=0;i--）{
memcpy（tmp,li,32）;
f_func（li,subkey[i]）;
XOR（li,ri,32）;
memcpy（ri,tmp,32）;
}
}
/*for（inti=0;i<8;i++）
{
for（intj=0;j<8;j++）
{
cout<}
cout<}
cout<transform（m,m,ipr_table,64）;
bittobyte1（out,m,64）;
}
voiddes_setkey（constintkey[8]）
{
staticboolk[64],*kl=&k[0],*kr=&k[28];
bytetobit1（k,key,64）;
transform（k,k,pc1_table,56）;
for（inti=0;i<16;i++）
{
rotatel（kl,28,loop_table[i]）;
rotatel（kr,28,loop_table[i]）;
transform（subkey[i],k,pc2_table,48）;
}
}
voidf_func（boolin[32],constboolki[48]）
{
staticboolmr[48];
transform（mr,in,e_table,48）;
XOR（mr,ki,48）;
s_func（in,mr）;
transform（in,in,p_table,32）;
}
voids_func（boolout[32],constboolin[48]）
{
for（inti=0,j,k;i<8;i++,in+=6,out+=4）
{
j=（in[0]<<1）+in[5];
k=（in[1]<<3）+（in[2]<<2）+（in[3]<<1）+in[4];
bytetobit（out,&s_box[i][j][k],4）;
}
}
voidtransform（bool*out,bool*in,constint*table,intlen）
{
staticbooltmp[256];
for（inti=0;itmp[i]=in[table[i]-1];
memcpy（out,tmp,len）;
}
voidtrans（bool*out,bool*in）
{
booltemp[32];
memcpy（temp,in,32）;
memcpy（out,in+32,32）;
memcpy（out+32,temp,32）;
}
voidXOR（bool*ina,constbool*inb,intlen）
{
for（inti=0;iina[i]^=inb[i];
}
voidrotatel（bool*in,intlen,intloop）
{
staticbooltmp[256];
memcpy（tmp,in,loop）;
memcpy（in,in+loop,len-loop）;
memcpy（in+len-loop,tmp,loop）;
}
voidbytetobit（bool*out,constint*in,intbits）
{
for（inti=0;iout[i]=（in[i/8]>>（3-i%8））&1;
}
voidbytetobit1（bool*out,constint*in,intbits）
{
for（inti=0;iout[i]=（in[i/8]>>（7-i%8））&1;
}
voidbittobyte1（int*out,constbool*in,intbits）
{
memset（out,0,8*sizeof（int））;
for（inti=0;iout[i/8]|=in[i]<<（7-i%8）;
}
intmain（）
{
intkey[8],str[8];
inti;
puts（"pleaseinputyourwords"）;
for（i=0;i<8;i++）
{
cin>>hex>>str[i];
}
puts（"pleaseinputyourkey"）;
for（i=0;i<8;i++）
{
cin>>hex>>key[i];
}
printf（"\n"）;
des_setkey（key）;
des_run（str,str,encrypt）;
puts（"afterencrypting:
"）;
for（i=0;i<8;i++）
{
cout<}
printf（"\n"）;
puts（"afterdecrypting:
"）;
des_run（str,str,decrypt）;
for（i=0;i<8;i++）
{
cout<}
printf（"\n"）;
return0;
}
实验二RSA加解密算法的实现
一、实验目的及任务：
掌握RSA加密算法的加解密过程。
二、实验环境
VC或TC编程环境；主机操作系统为Windows2000或WindowsXP；
三、实验原理
RSA加密算法是一种非对称加密算法。
在公钥加密标准和电子商业中RSA
被广泛使用。
RSA是1977年由罗纳德·李维斯特（RonRivest）、阿迪·萨莫尔、（AdiShamir）和伦纳德·阿德曼（LeonardAdleman）一起提出的。
当时他们三
人都在麻省理工学院工作。
RSA就是他们三人姓氏开头字母拼在一起组成的。
RSA算法的可靠性基于分解极大的整数是很困难的。
假如有人找到一种很快的分解因子的算法的话，那么用RSA加密的信息的可靠性就肯定会极度下降。
但找到这样的算法的可能性是非常小的。
今天只有短的RSA钥匙才可能被强力方式解破。
到2008年为止，世界上还没有任何可靠的攻击RSA算法的方式。
只要其钥匙的长度足够长，用RSA加密的信息实际上是不能被解破的。
1、公钥和私钥的产生
假设Alice想要通过一个不可靠的媒体接收Bob的一条私人讯息。
她可以用以下的方式来产生一个公钥和一个密钥：
随意选择两个大的质数p和q，p不等于q，计算N=pq。
根据欧拉函数,不大于N且与N互质的整数个数为（p-1）（q-1）
选择一个整数e与（p-1）（q-1）互质,并且e小于（p-1）（q-1）
用以下这个公式计算d：
d×e≡1（mod（p-1）（q-1））
将p和q的记录销毁。
e是公钥，d是私钥。
d是秘密的，而N是公众都知道的。
Alice将她的公钥传给Bob，而将她的私钥藏起来。
2、加密消息
假设Bob想给Alice送一个消息m，他知道Alice产生的N和e。
他使用起先与Alice约好的格式将m转换为一个小于N的整数n，比如他可以将每一个字转换为这个字的Unicode码，然后将这些数字连在一起组成一个数字。
假如他的信息非常长的话，他可以将这个信息分为几段，然后将每一段转换为n。
用下面这个公式他可以将n加密为c：
计算c并不复杂。
Bob算出c后就可以将它传递给Alice。
3、解密消息
Alice得到Bob的消息c后就可以利用她的密钥d来解码。
她可以用以下这个公式来将c转换为n：
得到n后，她可以将原来的信息m重新复原。
解码的原理是
以及ed≡1（modp-1）和ed≡1（modq-1）。
费马小定理证明
和
这说明（因为p和q是不同的质数）
四、实验步骤
1、求素数p和q
2、求公钥（e,n）：
e与ψ（n）=（p－1）（q－1）互质
3、求私钥（d,n）：
d×e≡1（mod（p-1）（q-1））
4、加密过程：
c=（Me）modn
5、解密过程：
m=（Cd）modn
五、实验结果
找两个素数:
p=47q=59
n=p*q=2773,t=（p-1）*（q-1）=2668
寻找e满足e1：
加密m＝465，得C=1118
2：
解密C=1118,得m=465
六、思考题
RSA算法主要有哪几部分？
1、输入p和q，并求出公钥（e,n）：
e与ψ（n）=（p－1）（q－1）互质，再求出私钥（d,n）：
d×e≡1（mod（p-1）（q
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