密码学实验报告.docx
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密码学实验报告
实验一DES加密算法实验
（一）实验目的
Ø理解对称加解密算法的原理和特点
Ø理解DES算法的加解密原理
（二）实验背景
DES算法为密码体制中的对称密码体制，又被称为美国数据加密标准，是1972年美国IBM公司研制的对称密码体制加密算法。
明文按64位进行分组，密钥长64位，密钥事实上是56位参与DES运算（第8、16、24、32、40、48、56、64位是校验位，使得每个密钥都有奇数个1）分组后的明文组和56位的密钥按位替代或交换的方法形成密文组的加密方法。
其入口参数有三个：
key、data、mode。
key为加密解密使用的密钥，data为加密解密的数据，mode为其工作模式。
当模式为加密模式时，明文按照64位进行分组，形成明文组，key用于对数据加密，当模式为解密模式时，key用于对数据解密。
实际运用中，密钥只用到了64位中的56位，这样才具有高的安全性。
详细描述：
DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，他所使用的密钥也是64位，DES对64 位的明文分组进行操作。
通过一个初始置换，将明文分组分成左半部分和右半部分，各32位长。
然后进行16轮相同的运算，这些相同的运算被称为函数f，在运算过程中数据和密钥相结合。
经过16轮运算后左、右部分在一起经过一个置换（初始置换的逆置换），这样算法就完成了。
（1）初始置换
其功能是把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0，R0两部分，每部分各长32位，即将输入的第58位换到第1位，第50位换到第2位，„，依次类推，最后一位是原来的第7位，L0，R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0是右32位。
（2）逆置换
经过16次迭代运算后，得到L16，R16，将此作为输入进行逆置换，即得到密文输出。
逆置换正好是初始置换的逆运算。
例如，第1位经过初始置换后，处于第40位，而通过逆置换，又将第40位换回到第1位。
（3）函数f（Ri,Ki）的计算
“扩展置换”是将32位放大成48位，“P盒置换”是32位到32位换位，在（Ri,Ki）算法描述图中，选择函数功能是把6 b数据变为4 b数据。
（4）子密钥Ki（48 b）的生成算法
开始，由于不考虑每个字节的第8位，DES的密钥从64位变为48位，如表6所示，首先56位 密钥被分成两个部分，每部分28位，然后根据轮数，两部分分别循环左移l或2位。
DES算法规定，其中第8，16，„，64位是奇偶校验位，不参与DES运算。
故Key实际可用 位数只有56位。
即：
经过密钥置换表的变换后，Key的位数由64位变成了56位，此56位分为C 0，D0两部分，各28位，然后分别进行第一次循环左移，得到C1，D1，将C1（28位），D1（28位）合并得到56位，再经过压缩置换，从而便得到了密钥K0（48位）。
依次类推，便可得到K1，K 2，„，K15。
需要注意的是，16次循环左移对应的左移位数要依据表7所示的规则进行。
DES算法的解密过程是一样的，区别仅在于第一次迭代时用子密钥K15，第二次是K14，„，最后一次用K0，算法本身并没有任何变化
（三）实验内容
Ø熟悉DES算法的基本原理；
Ø依据所算则的算法，编程实现该该算法；
Ø执行程序并分析结果；
（四）实验过程
1.编写DES实验代码，采用c语言实现，详细代码见附录1
2.运行实验代码，输入测试数据，进行加密和解密，得出结果，截图保存，并完成实验报告。
实验截图
（五）实验心得
虽然DES算法在另一门课《网络安全》中已经有所了解，但是通过本次实验，我加深了对DES算法的加密解密原，熟悉了用DES算法对字符串和对文件进行加密。
总的来说，DES算法比较复杂，做加密解密实验时用DES算法来做难度有点大，好在有之前的基础，所以还是比较顺利的完成了本次实验。
实验二米勒拉宾算法实验
（一）实验目的
Ø了解素数的判别算法
Ø理解米勒拉宾算法的判定原理
（二）实验背景
素数是一个除了1和它自身以外不能被任何其它数整除的数。
现代密码学中的素性测试问题对很多的密码算法发展至关重要，如：
RSA公钥加密算法。
素数的一个基本问题是确定一个给定的数是否是素数，即素性测试问题。
关于素性测试的算法有很多种。
其中国际流行的有以下几种：
1.基于素数性质的穷举素性测试算法
2.基于费马小定理的素性测试算法
3.AKS素性测试算法
4.Miller-Rabin素性测试算法算法
5.Solovag-Strassen素性测试算法
6.Lehmann素性测试算法。
本次实验内容为Miller-Rabin素性测试算法算法。
（三）实验原理
理论基础：
如果n是一个奇素数，将n-1表示成2^s*r的形式（r是奇数），a是和n互素的任何整数，那么a^r≡1（modn）或者对某个j（0≤j≤s－1，j∈Z）等式a^（2^j*r）≡－1（modn）成立。
这个理论是通过一个事实经由Fermat定理推导而来：
n是一个奇素数，则方程x^2≡1modn只有±1两个解
算法实现：
输入：
一个大于3的奇整数n和一个大于等于1的安全参数t（用于确定测试轮数）。
输出：
返回n是否是素数（概率意义上的，一般误判概率小于（1/2）80即可）。
1.将n-1表示成2sr，（其中r是奇数）
2.对i从1到循t环作下面的操作：
2.1选择一个随机整数a（2≤a≤n-2）
2.2计算y←armodn
2.3如果y≠1并且y≠n-1作下面的操作,否则转3：
2.3.1j←1;
2.3.2当j≤s-1并且y≠n-1循环作下面操作,否则跳到2.3.3
{计算y←y2modn;
如果y=1返回"合数"；
否则j←j+1;}
2.3.3如果y≠n-1则返回"合数"；
3.返回"素数"。
（四）实验过程
1.编写米勒拉宾算法程序，用c语言实现，代码见附录2
2.运行该程序，输入测试数据，得出结果，截图保存，并完成实验报告
实验截图
（五）实验心得
本次实验内容比较新颖，是第一次接触到米勒拉宾素数检测原理，相对前一个实验来说更难理解，通过这次实验，理解和加深了对米勒拉宾算法的了解，知道了素数检测在密码学中的重要地位，受益匪浅。
附录1：
#include
#include
voidEncodeMain（）;
voidDecodeMain（）;
voidDecode（int*str,int*keychar）;
voidEncode（int*str,int*keychar）;
voidkeyBuild（int*keychar）;
voidStrtoBin（int*midkey,int*keychar）;
voidkeyCreate（int*midkey2,intmovebit,inti）;
voidEncodeData（int*lData,int*rData,int*srt）;
voidF（int*rData,int*key）;
voidExpand（int*rData,int*rDataP）;
voidExchangeS（int*rDataP,int*rData）;
voidExchangeP（int*rData）;
voidFillBin（int*rData,intn,ints）;
voidDecodeData（int*str,int*lData,int*rData）;
intIP1[]={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,
};
intIP2[]={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
};
ints[][4][16]={{
{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}
},
{
{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}
},
{
{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}
},
{
{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}
},
{
{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}
},
{
{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}
},
{
{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}
},
{
{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}
}
};
intEx[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
};
intP[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
};
intPC1[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,
63,55,47,39,31,33,15,
7,62,54,46,38,30,22,
14,6,61,53,45,37,29,
21,13,5,28,20,12,4
};
intPC2[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
};
intkey[16][48];
charstr[8];
voidmain（）
{
EncodeMain（）;
}
voidEncodeMain（）
{
inti;
charkeychar[8];
intkey2[8];
intstrkey[8];
printf（"请输入8个要加密的字符：
\n"）;
for（i=0;i<8;i++）
scanf（"%c",&str[i]）;
getchar（）;
for（i=0;i<8;i++）
strkey[i]=str[i];
printf（"\n输入明文的十六进制为:
\n"）;
for（i=0;i<8;i++）
printf（"%10x",strkey[i]）;
printf（"\n请输入密钥（8个字符）:
\n"）;
for（i=0;i<8;i++）
scanf（"%c",&keychar[i]）;
for（i=0;i<8;i++）
key2[i]=keychar[i];
getchar（）;
Encode（strkey,key2）;
printf（"\n加密后十六进制密文是:
\n"）;
for（i=0;i<8;i++）
printf（"%10x",strkey[i]）;
printf（"\n\n请输入解密密码\n"）;
for（i=0;i<8;i++）
scanf（"%c",&keychar[i]）;
for（i=0;i<8;i++）
key2[i]=keychar[i];
Decode（strkey,key2）;
for（i=0;i<8;i++）
printf（"%10x",strkey[i]）;
for（i=0;i<8;i++）
str[i]=strkey[i];
printf（"\n明文为：
\t"）;
for（i=0;i<8;i++）
printf（"%c",str[i]）;
printf（"\n\n"）;
}
voidkeyBuild（int*keychar）{
inti,j;
intmovebit[]={1,1,2,2,2,2,2,2,
1,2,2,2,2,2,2,1};
intmidkey2[56];
intmidkey[64];
StrtoBin（midkey,keychar）;
for（i=0;i<56;i++）
midkey2[i]=midkey[PC1[i]-1];
for（i=0;i<16;i++）
keyCreate（midkey2,movebit[i],i）;
}
voidStrtoBin（int*midkey,int*keychar）{
inttrans[8],i,j,k,n;
n=0;
for（i=0;i<8;i++）{
j=0;
while（keychar[i]!
=0）{
trans[j]=keychar[i]%2;
keychar[i]=keychar[i]/2;
j++;
}
for（k=j;k<8;k++）trans[k]=0;
for（k=0;k<8;k++）
midkey[n++]=trans[7-k];
}
}
voidkeyCreate（int*midkey2,intmovebit,intn）{
inti,temp[4];
temp[0]=midkey2[0];
temp[1]=midkey2[1];
temp[2]=midkey2[28];
temp[3]=midkey2[29];
if（movebit==2）{
for（i=0;i<26;i++）{
midkey2[i]=midkey2[i+2];
midkey2[i+28]=midkey2[i+30];
}
midkey2[26]=temp[0];midkey2[27]=temp[1];
midkey2[54]=temp[2];midkey2[55]=temp[3];}
else
{for（i=0;i<27;i++）{
midkey2[i]=midkey2[i+1];
midkey2[i+28]=midkey2[i+29];
}
midkey2[27]=temp[0];midkey2[55]=temp[2];
}
for（i=0;i<48;i++）
key[n][i]=midkey2[PC2[i]-1];
}
voidEncodeData（int*lData,int*rData,int*str）{
inti,j,temp[8],lint,rint;
intdata[64];
lint=0,rint=0;
for（i=0;i<4;i++）{
j=0;
while（str[i]!
=0）{
temp[j]=str[i]%2;
str[i]=str[i]/2;
j++;
}
while（j<8）temp[j++]=0;
for（j=0;j<8;j++）
lData[lint++]=temp[7-j];
j=0;
while（str[i+4]!
=0）{
temp[j]=str[i+4]%2;
str[i+4]=str[i+4]/2;
j++;
}
while（j<8）temp[j++]=0;
for（j=0;j<8;j++）rData[rint++]=temp[7-j];
}
for（i=0;i<32;i++）{
data[i]=lData[i];
data[i+32]=rData[i];
}
for（i=0;i<32;i++）{
lData[i]=data[IP1[i]-1];
rData[i]=data[IP1[i+32]-1];
}
}
voidF（int*rData,int*key）{
inti,rDataP[48];
Expand（rData,rDataP）;
for（i=0;i<48;i++）{
rDataP[i]=rDataP[i]^key[i];
}
ExchangeS（rDataP,rData）;
ExchangeP（rData）;
}
voidExpand（int*rData,int*rDataP）{
inti;
for（i=0;i<48;i++）
rDataP[i]=rData[Ex[i]-1];
}
voidExchangeS（int*rDataP,int*rData）{
inti,n,linex,liney;
linex=liney=0;
for（i=0;i<48;i+=6）{
n=i/6;
linex=（rDataP[i]<<1）+rDataP[i+5];
liney=（rDataP[i+1]<<3）+（rDataP[i+2]<<2）+（rDataP[i+3]<<1）+rDataP[i+4];
FillBin（rData,n,s[n][linex][liney]）;
}
}
voidExchangeP（int*rData）{
inti,temp[32];
for（i=0;i<32;i++）
tem
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