完整版IDEA密码算法.docx

完整版IDEA密码算法.docx

《完整版IDEA密码算法.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《完整版IDEA密码算法.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

完整版IDEA密码算法

陕西科技大学实验报告

班级：

信息062学号：

200612030223姓名:

孙丹龙实验组别:

实验日期：

报告日期：

成绩：

报告内容：

（目的和要求、原理、步骤、数据、计算、小结等）

实验名称：

IDEA密码算法实验

一、实验目的

（1）通过实验熟练掌握IDEA密码算法，学会IDEA算法程序设计

（2）提高C++程序设计能力。

二、实验要求

（1）熟练掌握IDEA密码算法。

（2）学会IDEA算法程序设计，提高C++程序设计能力。

（3）独立完成实验，并按时完成实验报告。

三、实验原理（流程图）：

64比特的数据块分成4个子块X,，X2，X3和X4，每一个子块16比特，作为第1轮的输入，全部共8轮迭代。

运算步骤如下：

（1）X1和第1个子密钥块作乘法运算。

（2）X2和第2个子密钥块作加法运算。

（3）X3和第3个子密钥块作加法运算。

（4）X4和第4个子密钥块作乘法运算。

（5）

（1）和⑶结果作异或运算。

（6）

（2）和⑷结果作异或运算。

（7）（5）的结果与第5个子密钥块作乘法运算。

（8）（6）和⑺结果作加法运算。

（9）（8）的结果与第6个子密钥块作乘法运算。

（10）（7）和（9）结果作加法运算。

（11）

（1）和（9）结果作异或运算。

（12）（3）和（9）结果作异或运算。

（13）

（2）和（10）结果作异或运算。

（14）（4）和（10）结果作异或运算。

结果的输出为（11）,（13）,（12）,（14）。

除最后一轮（第8轮）外，第2和第3块交换。

第8轮结束后，最后输出的变换有：

（1）Xj和第1个子密钥块作乘法运算。

（2）X2和第2个子密钥块作加法运算。

（3）X3和第3个子密钥块作加法运算。

（4）X4和第4个子密钥块作乘法运算。

子密钥块每轮6个，最后输出变换4个，共52个。

首先将128比特的密钥分成8个子密钥，每个子密钥16比特。

这8个子密钥正好是第1轮的6个及第2轮的前两个。

再将密钥左旋25比特，再将它分成8个子密钥。

前4个是第2轮的子密钥，后4个是第3轮的子密钥。

将密钥再左旋25比特，产生后8个子密钥。

依此类推，直到算法结束。

r

&

K3

K4

K5

K6

1

0-15

16-31

32-47

48-63

64-79

80-95

2

96-111

112-127

25-40

41-56

57-72

73-88

3

89-104

105-120

121-8

:

9-24「

50-65

66-81

4

82-97

98-113

114-1

2-17

18-33

34-49

5

75-90

91-106

107-122

123-10

11-26

27-42

6

43-58

59-74

100-115

116-3

4-19

20-35

7

36-51

52-67

68-83

P84-99「

125-12

13-28

8

29-44

45-60

61-76

77-92

93-108

109-124

9

22-37

38-53

54-69

70-85

-

-

表1IDEA的密钥扩展过程

设密钥kk1k2&28分成8段，依次为

再将k向左旋移位25比特k26k27k128k1k2k25

分8段，前4段是第2轮的子密钥z32），z42），z52），z62）；后4段依次是乙⑶，z23），

z33），z43）。

继续以上步骤，直到52个子密钥生成完毕。

解密过程和加密完全一样，只不过解密用的子密钥不同。

解密密钥和加密密钥有一个对应关系。

这里Z1表示Zmod（2161）乘法的逆，即ZOZ1=1mod（2161）

Z表示Zmod216加法运算的逆，即Z田Z=0mod216

F面讨论解密的运算地正确性。

用A表达步骤

（1）~（4）,B表达（5）~（14）步骤，包

括第2、第3两部分的交换。

（在图中，第8轮结束后不交换，但是为了B完整性，在第8

轮做了交换，所以第9轮的输入要给他们再换回来）

明文设为（X1,X2,X3,X4），密文为（丫心上飞）

加密运算的第9轮有：

丫1WOZ1（9）,丫2W8-Z2（9）,丫3W82—Z39）,

丫4W84OZJYl'Y2"3,丫4作为解密运算的输入，解密运算的第1轮有：

可见解密第1轮A的输出恰好是加密第8轮的输出。

（？

为什么是这样？

因为在图中第

8轮结束后，多交换了一次？

本来应是W81,W83,W82,W84）

再看IDEA加密算法的主要构成模块MA，如图所示:

W81

I81

MA（r）（

I81I83,I82I

184）

W82

I83

MA（r）（

I81I83,

I82I

84）

W83

I82

MA（l）（

I81I83,I82I

184）

W84

I84

MA（l）（

I81I83,

I82I

84）

Vn

J11

MA（r）（

J11J13,J12

J14）

=W81

MA（r）

（W81

W82,W83

W84）

W81

W82

=I81

MA（r）（I81I83

I82

I84）

I83

MA（r）

（I81I83

I82

I84

=I81

I83

W83

W84=

=I82

MA⑴（I81I83,

I82

I84）

I84

MA（l）（

I81I83,

I82I

84）

=I82

I84

MA（l）（U,V）表示MA的左边的输出，MA⑴（U,V）表示MA的右边的输出。

则有:

所以Vii丨81

MA（r）（I81

MA（r）（I8i

I83,I82

I84）=I81

I83,I82I84）

同样可证：

V12丨83,V13丨82,V14打4这就证明了解密运算的第1轮B的输出,

正好是加密运算第8轮的A的输入，不过第2块和第3块交换。

依此类推，可证：

V81111，

V82I13，V$3I12，V84I14所以最后一轮的输出为：

V81o（Z1⑴）1go（Z1⑴）1=X1O（Z1⑴）O（Z1⑴）1=X1

V83^（Z21））』（Z21））=X2圧（Zy）^（Z21））=X2

V82^（Z31））113田（Z31））=X3田（Z31））田（Z31））=、

V84o（z4°）1丨14o（z4°）1=X4o（z4°）o（Z41））1=X4

故输出的明文为（x“x2,x3,x4）

四、实验数据（源代码）：

//IDEA密码算法

#inelude

#inelude

#inelude

usingnamespaeestd;

constunsignedintN=256;〃mod（pow（2,8））=256

constunsignedintMUL=65537;〃16比特的整数做mod（pow（2,16）+1）=65537的乘法运算

输入明文字符串m和密钥序列k

图1总体流程图

图2加密算法

constunsignedintADD=65536;〃16比特的整数做mod（pow（2,16））=65536的加法运算

stringkey_change（unsignedintn,intk）〃十进制数倒序变换为k位二进制

{

stringresult;

for（inti=O;i

{

if（（i!

=O）&&!

（i%4））result+=",";

if（n%2）result+="1";

elseresult+="0";

n/=2;

}

returnresult;

}

stringchange（unsignedintn,intk）//十进制数顺序变换为k位二进制

{

stringresult;

for（inti=0;i

{

if（（i!

=0）&&!

（i%4））result=","+result;

if（n%2）result="1"+result;

elseresult="0"+result;

n/=2;

}

returnresult;

}

voidset_key（unsignedintkey[],unsignedintz[9][6]）〃生成密钥模块

{

inti,j,k,flag=O,t=O;

unsignedintsum,temp[9][6][16];

for（i=0;i<9;i++）

{

for（j=0;j<6;j++）

{

for（k=0;k<16;k++）

temp[i][j][k]=key[（flag+t++）%128];

if（!

（i==j==0）&&（（6*i+j）%8）==7）flag+=25;

}

}

for（i=0;i<9;i++）

{

for（j=0;j<6;j++）

{

sum=0;

for（k=0;k<16;k++）

if（temp[i][j][k]）

sum+=pow（2,k）;

z[i][j]=sum;

}

}

}

voidset_m（unsignedintwrite[],unsignedintx[]）〃生成明文模块

{

inti,j;

unsignedintsum;

for（i=0;i<64;i+=16）

{

sum=0;

for（j=0;j<16;j++）

if（write[i+j]）sum+=pow（2,j）;

x[i/16]=sum;

}

}

voidstring_bb（stringstr,unsignedintresult[]）〃字符序列转换为二进制

{

inti,j;

unsignedinttemp;

for（i=0;i

{

temp=str[i];

for（j=0;j<8;j++）

{

if（temp%2）result[8*i+j]=1;

elseresult[8*i+j]=0;

temp=temp/2;

}

}

}voidencrypt（unsignedintx[],unsignedintz[9][6]）{

intt,j;

result[4]=result[0]Wesult[2];〃

（1）和⑶结果作异或运算

result[5]=result[1]Aresult[3];〃

（2）和⑷结果作异或运算

result[6]=（result[4]*z[t][4]）%MUL;〃（5）的结果与第5个子密钥块作乘法运算

result[7]=（result[5]+result[6]）%ADD;//（6）和⑺结果作加法运算result[8]=（result[7]*z[t][5]）%MUL;〃（8）的结果与第6个子密钥块作乘法运算

result[9]=（result[6]+result[8]）%ADD;//（7）和（9）结果作加法运算

result[10]=result[0]Aresult[8];

result[11]=result[2]Aresult[8];

result[12]=result[1]Aresult[9];

result[13]=result[3]Aresult[9];

cout<<"\n第"<

for（j=0;j<14;j++）

cout<<"\tStep"<

//

（1）和（9）结果作异或运算

//（3）和（9）结果作异或运算

//

（2）和（10）结果作异或运算

//（4）和（10）结果作异或运算

"<

\t\t"<

cout<<"\nresult[10]="<

cout<<"result[13]="<

cout<<""<

x[0]=result[10];x[1]=result[12];x[2]=result[11];x[3]=result[13];〃除最后一轮（第

9轮）

外，第2和第3块交换

cout<<"\t"<

}

intmain（）

{

inti,j,t;

unsignedintsum,temp,x[4],z[9][6],key[128],write[64];

stringm,k,str;

cout<<"\t\t\tlDEA密码算法";

cout<<"\n请输入明文字符串:

";cin»m;

cout<<"\n请输入密钥:

";cin»k;

cout<<"\n\t\t密钥为k="<

string_bb（k,key）;〃将密钥字符序列转换为二进制，存放于数组key[128]

cout<<"k="<

for（i=0;i<128;i++）

{

cout<

if（（i!

=O）&&（i%8）==7）cout<<"";

if（（i!

=O）&&（i%32）==31）cout<

}

string_bb（m,write）;〃将明文字符序列转换为二进制，存放于数组write[64]

cout<<"\n\t\t\t明文是m="<

cout<<"m="<

for（i=0;i<64;i++）

{

cout<

if（（i!

=0）&&（i%8）==7）cout<<"";

if（（i!

=0）&&（i%32）==31）cout<

}

set_key（key,z）;〃生成密钥模块z[9][6]

cout<<"\n=====>密钥模块：

\n"<

for（i=0;i<9;i++）

{

for（j=0;j<6;j++）

{

cout<<"z["<

if（j%2）cout<

}

cout<

}

for（i=0,j=0;i<4;i++,j+=2）x[i]=m[j+1]*pow（2,8）+m[j];

set_m（write,x）;〃生成明文模块x[4]

cout<<"\n=====>明文模块：

\n"<

for（i=0;i<4;i+=2）

cout<<"x["<

************************************************************************

encrypt（x,z）;return0;

}

五、程序运行结果：

1、运行程序，提示输入明文字符串m和密钥序列k，然后输出明文和密文以及将各自转换为16位二进制表示形式，如下图所示：

g*F:

VTC++\Dehi]ig\M件TUI?

A宪码筒法-

■・・・・・・・・・・■・■・■・■・■・■・■■:

M・■・

IDER密诃舁袪

请辙入明文宁符串!

Tainsert

请输入密4^compute

^^.^Ik-tOnpiitersECin'ity

明文是n=Tsinghua

2、由密钥序列k生成密钥模块，如下图所示:

兀"F:

\VClIDEA密珂算法-“J

"■“》密钥楝块匕

zLinn

1100.0110.1111,0110

z[lK2J

1011.0110.0000.1110

z（ll[3]

1010,111B.W10,111<

z[lH4J

1010.&L10.Q100.1110

^[1J[5]

im.iiie.i0i0.eii*

zCllIGl

?

（2iri1

R11110^1081,0110

2rs）[2i

ZL21C3]

0001,1101,8101,1100

2[2][4j

Bioi^1161*0iGained

M[2][GJ

0100,1181^1800^1131

ziEOlCl]

0101,1100^16811,1101

3[3312]

B81SrllQO,01Ol,1191

zlT31[3]

0011,1181,1800.1101

z[3][43

lliar1101rBJlS,113Q

匕［3】囚1

0001,1181,8181^1100

E][^1

B161F1101r8iBa,nag

^C41CL]

1001,1161,1081,11Bl

S[43T2J

0160^1101,1008,1181

乂⑷口］

0101,1166^1601,1101

z

DOlOUlSBrQIOlUlBl

M【豹巧J

QBuaiiiaflMaiei

ZE43161

iiHuuu^eii^iiBe

e（5ILl]

ZE5JE21

uiei,liei”uiuo,ii0tj

e⑸⑶

ZC5314J

U10M,11011101

z[5lL&]

auiM^iiuu^iuiuioi

z（6）[l]

0011,11613060,1101

z[^]（2]

1110^1101,0110,1160

z[6H3]

0001,1161.0101>1100

zH][4J

0101.1101,0100,1100

”【£】［£】

1001,1101.1001^1101

eHIEGI

0100.1101^1^00,1161

2[?

）[1]

0101,1100,1001,1101

eC7J[21

0010.11^0,0101,1101

2L7H31

0011,1101,1000,1101

■E73E4]

1110,1101,0110,1100

zL7）[5J

0001,1101,0101,1100

eE7][6]

0101,1101,0100,1100

zLSHl]

1001,1101.1001,1101

ECIJE2J

010QPllQia@00.11Ol

sCSJEJ]

R1R1-1100,1001.1101

e（S]（41

001fl.1100,R101.llA1.

^CS）[51

mu.liei.lflan.iiQi

zrftirgl

til0_1101,RH«,llftA

^[9irt]

aam.”mai,0ibi,1ibh

^[43121

Blial,1101“BlBO^llHn

1901,1101.1601.1101

z[43C4J

^100,1101.1808,11H1

1[C]

0101,11QQ,1601,1101

2[93L£J

&01G丄

3、由明文字符串m生成明文模块，如下图所示:

4、循环迭代8次，如下图所示:

复ftexe

f・.NJtNJtN良貝良貝覽W覽・軾此貿MKMlC袒見・科BtJlXJlIfJtlCjtNjtXjt

弟丄趙

Stepl

丄101,001丄，01B0,lilt

Step2

1101,1110,1101,0110

Step3

丄101.110S,11B1,1103

Step4

0110.0001,1001,1191

StepS

0000.1111,1001,0011

StepG

1011,1111,B1B0,1011

Step?

1111,0111,1101,1110

StepS

i0i：

Uatli,lest

Step?

BailP1101,iibi,iiii

SteplO

0011,0181,1011,1101

Stevll

1110^1110,1001,0003

Ste>）12

llie^0B01,000叫0011

Ilia,1811,8110,1B11

Ste>）14

0101p010B「0010^0003

res«UL10]=tie721110,1lie,10F11,0000result[121=632&71110.1011,0110^1011result1111=5760?

[jJO月阴1.阳腼『同PUresult[131=21536肌阳山1胴川如叫肿胴

影趟

六、实验小结：

本次试验让我们进一步掌握了IDEA加密算法以及其设计思想，运用了较广知识点，比

如，数制之间的转换及储存形式，二进制数之间的加法、乘法、取余、异或运算以及移位等等。

在次，统一运用十进制计算，最后以二进制形式输出，简化了编程步骤，方便数据之间的处理。

由于迭代次数较多，在编程中没能理清各个变量之间的关系，出现了许多错误，但在同学的帮助和自己的努力下，一一予以解决。

通过本次实验，不但巩固了对IDEA加密算

法的掌握情况，而且锻炼了自己的VC/C++编程能力。