密码学实验报告.docx
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密码学实验报告
目录
AES加密算法实现2
一．实验目的2
二．实验原理2
三．实验步骤2
四．实验结果6
五．实验心得8
六．源代码：
9
RSA加解密算法实现18
一．实验目的：
18
二．实验要求：
18
三．RSA函数主要代码18
四．运算结果显示：
21
五．实验心得21
AES加密算法实现
一．实验目的
1.深入理解AES加密/解密算法理论的基础上，设计一个AES加密/解密软件系统；
2．完成一个明文分组的加解密，明文和密钥是十六进制，长度都为128比特（32个16进制数），输入明文和密钥，输出密文，进行加密后，能够进行正确的解密；
二．实验原理
AES的区块长度固定为128比特，密钥长度则可以是128，192或256比特；
大多数AES计算是在一个特别的有限域完成的。
AES加密过程是在一个4×4的字节矩阵上运作，这个矩阵又称为“状态矩阵”，其初值就是一个明文区块（矩阵中一个元素大小就是明文区块中的一个Byte）。
加密时，各轮AES加密循环（除最后一轮外）均包含4个步骤：
1.SubBytes—通过一个非线性的替换函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。
2.ShiftRows—将矩阵中的每个行进行循环式移位。
3.MixColumns—列混淆。
这个步骤使用线性转换来混合每列的四个字节。
4.AddRoundKey—矩阵中的每一个字节都与该次回合轮密钥（roundkey）做XOR运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。
三．实验步骤
（一）加密
1.密钥生成
voidkeyexpansion（unsignedcharS_BOX[][16],unsignedcharkeys[][44]）{
unsignedcharRcon[11]={0,1,2,4,8,16,32,64,128,27,54};
unsignedcharpast[4];
registerinti,j;
//打开密钥文件
if（（fp=fopen（"Key.txt","r"））==NULL）
{
printf（"CANNOTOPENTHEFILE!
\n"）;
return;
}
printf（"\n请输入密钥！
\n"）;
for（i=0;i<=3;i++）
for（j=0;j<=3;j++）
{
fscanf（fp,"%02x",&keys[j][i]）;
printf（"%02x",keys[j][i]）;
}
for（i=4;i<=43;i++）{//maketheother40keys
if（i%4==0）{//如果能被4整除，特殊处理
for（j=1;j<=4;j++）//把前一个密钥移位赋值给数组
past[j-1]=keys[j%4][i-1];
for（j=0;j<=3;j++）{
if（j==0）
keys[j][i]=S_BOX[past[j]/16][past[j]%16]^Rcon[i/4]^keys[j][i-4];
else
keys[j][i]=S_BOX[past[j]/16][past[j]%16]^keys[j][i-4];
}
}
else{
for（j=0;j<=3;j++）{
keys[j][i]=keys[j][i-4]^keys[j][i-1];
}
}
}
}
2.字节变换
voidbytesub（unsignedcharS_BOX[][16],unsignedcharB[][4]）{
registerinti,j;
for（i=0;i<=3;i++）
for（j=0;j<=3;j++）
B[i][j]=S_BOX[B[i][j]/16][B[i][j]%16];
}
3.行移位
voidshiftrow（unsignedcharB[][4]）{
inti,temp;
temp=B[1][0];
for（i=0;i<=2;i++）
B[1][i]=B[1][i+1];
B[1][3]=temp;
for（i=0;i<=1;i++）{
temp=B[2][i];
B[2][i]=B[2][i+2];
B[2][i+2]=temp;
}
temp=B[3][3];
for（i=3;i>=1;i--）
B[3][i]=B[3][i-1];
B[3][0]=temp;
}
4.列混合运算
unsignedcharxtime（unsignedcharinput）{//x乘法（'02'乘法）
inttemp;
temp=input<<1;
if（input&0x80）{
temp^=0x1b;
}
returntemp;
}
voidmixcolumn（unsignedcharinput[][4]）{//列混合
inti,j;
unsignedcharoutput[4][4];
for（j=0;j<=3;j++）
for（i=0;i<=3;i++）
output[i][j]=xtime（input[i%4][j]）//0x02乘法
^（input[（i+1）%4][j]^xtime（input[（i+1）%4][j]））//0x03乘法
^input[（i+2）%4][j]//0x01乘法
^input[（i+3）%4][j];//0x01乘法
for（i=0;i<=3;i++）
for（j=0;j<=3;j++）
input[i][j]=output[i][j];
}
（二）解密运算
1.逆行移位
voidinvshiftrow（unsignedcharB[][4]）{
inti,temp;
temp=B[1][3];
for（i=3;i>=1;i--）
B[1][i]=B[1][i-1];
B[1][0]=temp;
for（i=0;i<=1;i++）{
temp=B[2][i];
B[2][i]=B[2][i+2];
B[2][i+2]=temp;
}
temp=B[3][0];
for（i=0;i<=2;i++）
B[3][i]=B[3][i+1];
B[3][3]=temp;
}
2.逆列混合运算
voidinvmixcolum（unsignedcharinput[][4]）{
inti,j;
unsignedcharoutput[4][4];
for（j=0;j<4;j++）
for（i=0;i<4;i++）
output[i][j]=（xtime（xtime（xtime（input[i%4][j]）））^xtime（xtime（input[i%4][j]））^xtime（input[i%4][j]））//0x0E乘法
^（xtime（xtime（xtime（input[（i+1）%4][j]）））^xtime（input[（i+1）%4][j]）^input[（i+1）%4][j]）//0x0B乘法
^（xtime（xtime（xtime（input[（i+2）%4][j]）））^xtime（xtime（input[（i+2）%4][j]））^input[（i+2）%4][j]）//0x0D乘法
^（xtime（xtime（xtime（input[（i+3）%4][j]）））^input[（i+3）%4][j]）;//0x09乘法
for（i=0;i<=3;i++）
for（j=0;j<=3;j++）
input[i][j]=output[i][j];}
3.逆字节变换
voidinvbytesub（unsignedcharN_S_BOX[][16],unsignedcharB[][4]）{
registerinti,j;
for（i=0;i<=3;i++）
for（j=0;j<=3;j++）
B[i][j]=N_S_BOX[B[i][j]/16][B[i][j]%16];
}
四．实验结果
我将明文设为1343676988d5f68d642390a2e0f5b434，密钥设为2343457828afcdabf7d48809c34f3c57，运行结果如下：
五．实验心得
本程序是处理的AES分组大小和密钥长度都为128位，迭代轮数为10轮。
由于我能力有限，下载的程序还有很多不足之处，比如不能自动运行产生16轮的轮密钥，只能说是完成了AES的基本功能，我也希望能将它的功能变得更强大，但多次修改后均没有成功。
通过多次调试，对SubBytes，ShiftRows，MixColumns,AddRoundKey等加密过程，InvMixColumns，InvShiftRows，InvSubBytes等解密过程的编程运行过程有了清晰的认识，深入理解了AES的加密和解密过程，对算法、密码保密性和安全性有了新的认识，收获很多。
六．源代码：
#include
#include
FILE*fp;
unsignedcharxtime（unsignedcharinput）;
voidkeyexpansion（unsignedcharS_BOX[][16],unsignedcharkeys[][44]）;
voidbytesub（unsignedcharS_BOX[][16],unsignedcharB[][4]）;
voidshiftrow（unsignedcharB[][4]）;
voidmixcolumn（unsignedcharinput[][4]）;
voidinvbytesub（unsignedcharN_S_BOX[][16],unsignedcharB[][4]）;
voidinvshiftrow（unsignedcharB[][4]）;
voidinvmixcolum（unsignedcharinput[][4]）;
intjiami（unsignedcharS_BOX[][16]）;
intjiemi（unsignedcharS_BOX[][16],unsignedcharN_S_BOX[][16]）;
//密钥生成
voidkeyexpansion（unsignedcharS_BOX[][16],unsignedcharkeys[][44]）{
unsignedcharRcon[11]={0,1,2,4,8,16,32,64,128,27,54};
unsignedcharpast[4];
registerinti,j;
//打开密钥文件
if（（fp=fopen（"Key.txt","r"））==NULL）
{
printf（"CANNOTOPENTHEFILE!
\n"）;
return;
}
printf（"\n请输入密钥！
\n"）;
for（i=0;i<=3;i++）
for（j=0;j<=3;j++）
{
fscanf（fp,"%02x",&keys[j][i]）;
printf（"%02x",keys[j][i]）;
}
for（i=4;i<=43;i++）{//maketheother40keys
if（i%4==0）{//如果能被4整除，特殊处理
for（j=1;j<=4;j++）//把前一个密钥移位赋值给数组
past[j-1]=keys[j%4][i-1];
for（j=0;j<=3;j++）{
if（j==0）
keys[j][i]=S_BOX[past[j]/16][past[j]%16]^Rcon[i/4]^keys[j][i-4];
else
keys[j][i]=S_BOX[past[j]/16][past[j]%16]^keys[j][i-4];
}
}
else{
for（j=0;j<=3;j++）{
keys[j][i]=keys[j][i-4]^keys[j][i-1];
}
}
}
}
//列混合运算用到的乘2函数
unsignedcharxtime（unsignedcharinput）{//x乘法（'02'乘法）
inttemp;
temp=input<<1;
if（input&0x80）{
temp^=0x1b;
}
returntemp;
}
//列混合运算
voidmixcolumn（unsignedcharinput[][4]）{//列混合
inti,j;
unsignedcharoutput[4][4];
for（j=0;j<=3;j++）
for（i=0;i<=3;i++）
output[i][j]=xtime（input[i%4][j]）//0x02乘法
^（input[（i+1）%4][j]^xtime（input[（i+1）%4][j]））//0x03乘法
^input[（i+2）%4][j]//0x01乘法
^input[（i+3）%4][j];//0x01乘法
for（i=0;i<=3;i++）
for（j=0;j<=3;j++）
input[i][j]=output[i][j];
}
//行移位
voidshiftrow（unsignedcharB[][4]）{
inti,temp;
temp=B[1][0];
for（i=0;i<=2;i++）
B[1][i]=B[1][i+1];
B[1][3]=temp;
for（i=0;i<=1;i++）{
temp=B[2][i];
B[2][i]=B[2][i+2];
B[2][i+2]=temp;
}
temp=B[3][3];
for（i=3;i>=1;i--）
B[3][i]=B[3][i-1];
B[3][0]=temp;
}
//字节变换
voidbytesub（unsignedcharS_BOX[][16],unsignedcharB[][4]）{
registerinti,j;
for（i=0;i<=3;i++）
for（j=0;j<=3;j++）
B[i][j]=S_BOX[B[i][j]/16][B[i][j]%16];
}
//逆行移位
voidinvshiftrow（unsignedcharB[][4]）{
inti,temp;
temp=B[1][3];
for（i=3;i>=1;i--）
B[1][i]=B[1][i-1];
B[1][0]=temp;
for（i=0;i<=1;i++）{
temp=B[2][i];
B[2][i]=B[2][i+2];
B[2][i+2]=temp;
}
temp=B[3][0];
for（i=0;i<=2;i++）
B[3][i]=B[3][i+1];
B[3][3]=temp;
}
//逆列混合运算
voidinvmixcolum（unsignedcharinput[][4]）{
inti,j;
unsignedcharoutput[4][4];
for（j=0;j<4;j++）
for（i=0;i<4;i++）
output[i][j]=（xtime（xtime（xtime（input[i%4][j]）））^xtime（xtime（input[i%4][j]））^xtime（input[i%4][j]））//0x0E乘法
^（xtime（xtime（xtime（input[（i+1）%4][j]）））^xtime（input[（i+1）%4][j]）^input[（i+1）%4][j]）//0x0B乘法
^（xtime（xtime（xtime（input[（i+2）%4][j]）））^xtime（xtime（input[（i+2）%4][j]））^input[（i+2）%4][j]）//0x0D乘法
^（xtime（xtime（xtime（input[（i+3）%4][j]）））^input[（i+3）%4][j]）;//0x09乘法
for（i=0;i<=3;i++）
for（j=0;j<=3;j++）
input[i][j]=output[i][j];
}
//逆字节变换
voidinvbytesub（unsignedcharN_S_BOX[][16],unsignedcharB[][4]）{
registerinti,j;
for（i=0;i<=3;i++）
for（j=0;j<=3;j++）
B[i][j]=N_S_BOX[B[i][j]/16][B[i][j]%16];
}
intjiami（unsignedcharS_BOX[][16]）{
unsignedchare,B[4][4];
unsignedcharkeys[4][44];
inti,j;
if（（fp=fopen（"Plaintext.txt","r"））==NULL）
{
printf（"can'topenthePlaintext.txt!
\n"）;
return0;
}
printf（"请输入信息！
\n"）;
for（i=0;i<=3;i++）
for（j=0;j<=3;j++）{
fscanf（fp,"%02x",&e）;
B[j][i]=e;
printf（"%02x",e）;
}
getchar（）;
fclose（fp）;
keyexpansion（S_BOX,keys）;
for（i=0;i<=3;i++）
for（j=0;j<=3;j++）
B[i][j]^=keys[i][j];
intlevel;
for（level=1;level<=9;level++）{//1到9轮循环
bytesub（S_BOX,B）;
shiftrow（B）;
mixcolumn（B）;
for（i=0;i<=3;i++）
for（j=0;j<=3;j++）
B[i][j]^=keys[i][level*4+j];
}
bytesub（S_BOX,B）;//第10轮循环
shiftrow（B）;
for（i=0;i<=3;i++）
for（j=0;j<=3;j++）
B[i][j]^=keys[i][40+j];
if（（fp=fopen（"Ciphertext.txt","w"））==NULL）
{
printf（"can'topenthePlaintext.txt!
\n"）;
return0;
}
printf（"\n加密后的信息为：
\n"）;
for（i=0;i<=3;i++）
for（j=0;j<=3;j++）{
fprintf（fp,"%02x",B[j][i]）;
printf（"%02x",B[j][i]）;
}
putchar（'\n'）;
fclose（fp）;
return0;
}
intjiemi（unsignedcharS_BOX[][16],unsignedcharN_S_BOX[][16]）{
unsignedcharB[4][4];
unsignedcharkeys[4][44];
unsignedchartemp;
inti,j;
if（（fp=fopen（"Ciphertext.txt","r"））==NULL）
{
printf（"can'topentheCiphertext.txt!
\n"）;
return0;
}
printf（"请输入信息！
\n"）;
for（i=0;i<=3;i++）
for（j=0;j<=3;j++）{
fscanf（fp,"%02x",&temp）;
B[j][i]=temp;
printf（"%02x",temp）;
}
fclose（fp）;
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