西北农林科技大学信息安全实验三.docx

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西北农林科技大学信息安全实验三

信息工程学院

信息安全原理及应用实验报告

实验三基于RSA的公钥加密

班级：

计算机XX

学号：

XXXXXXX

姓名：

XXXXX

指导老师：

XXXXX

一、实验目的

1．理解公钥密码算法，熟悉常用密码算法：

RSA、椭圆曲线密码体制；

2．理以RSA加密算法为例，掌握公钥密码算法加解密过程的实现。

二、实习内容

1．[基本要求]

以RSA为例，利用java中的相关类实现对指定字符串的加解密。

2．[实现提示]

（1）可以利用java中的KeypairGenerator类创建公钥密钥对，工厂类KeypairGenerator的静态方法getInstance（）可以获得KeypairGenerator类型对象。

（2）方法getInstance（）的参数为字符串类型，指定加密算法的名称如：

RSA。

（3）利用工厂类Cipher的对象创建密码器。

同样的，getInstance（）的参数为字符串类型，指定加密算法的名称。

（4）JSDK1.2中只是实现了RSA密钥创建，没有实现RSA算法，因此需要安装其他加密软件提供者的软件包，才能直接使用Cipher类执行加解密。

（5）RSA算法是使用整数进行加密运算的，RSA的公钥中包含两个信息：

公钥对应的整数e和用于取模的整数n。

对于明文m计算密文的公式是memodn。

java中的BigInteger类中定义的modPow（）方法可以计算memodn。

（6）RSA的私钥中包含两个信息：

私钥对应的整数d和用于取模的整数n。

计算明文的公式是：

Cemodn。

三、测试数据和预期结果

1．测试数据：

明文：

HelloUserB!

e=65537

n=901555080980479054261289117105730288186307404340275543727489749127530630

35513699150577829243362139796437472252024998435422860371393397734043000574146477685433337274922097418662342571073587072429662034780459855457910319275705853063428389277947471782777251917943575355289890002087854701934153204294157020784747

2．预测结果：

m=112538405354885716280897067137139232297231576752176647999066079730260155

78815420520321236527400219496525363940515236822159671810260812132516608590481840367585218934895815814333869183138495764680612749825153910274532648748320204216833296167081023385937007859365228073517478723018190901085831856225136435773586

d=252072803208665306472433309151248940304345589165375422482910755191920156

10460549357388774937140361164379209325207227540636411392731016373630223271139357260160898347846618224557735499399971970242992916184496303669743854746835920016717183151204857451734643665107085662188516607520806177363202710556814157473153

n=901555080980479054261289117105730288186307404340275543727489749127530630

35513699150577829243362139796437472252024998435422860371393397734043000574146477685433337274922097418662342571073587072429662034780459855457910319275705853063428389277947471782777251917943575355289890002087854701934153204294157020784747

解密：

HelloUserB!

四、算法分析和流程图

1、RSA算法的加密解密

基础过程分为三个：

生成RSA 公钥和私钥、使用公钥加密、使用密钥解密。

1.1生成RSA 公钥和私钥

Java的KeyPairGenerator类提供了一些方法来创建密钥对以便用于非对称加密，密钥对创建好后封装在KeyPair类型的对象中，在KeyPair类中提供了获取公钥和私钥的方法。

具体步骤如下：

1.1.1创建密钥对生成器

KeyPairGeneratorkpg=KeyPairGenerator.getInstance（"RSA"）;

1.1.2初始化密钥生成器

kpg.initialize（1024）;

对于密钥长度。

对于RSA算法，这里指定的其实是RSA算法中所用的模的位数。

可以在512到2048之间。

1.1.3生成密钥对

KeyPairkp=kpg.genKeyPair（）;

一对公钥和私钥的信息。

1.1.4获取公钥和私钥

PublicKeypbkey=kp.getPublic（）;

PrivateKeyprkey=kp.getPrivate（）;

1.2使用公钥加密

RSA算法是使用整数进行加密运算的，在RSA公钥中包含了两个信息：

公钥对应的整数e和

用于取模的整数n。

对于明文数字m，计算密文的公式是：

。

因此，编程步骤如下：

1.2.1获取公钥

FileInputStreamf=newFileInputStream（"Skey_RSA_pub.dat"）;

ObjectInputStreamb=newObjectInputStream（f）;

RSAPublicKeypbk=（RSAPublicKey）b.readObject（）;

1.2.2获取公钥的参数（e,n）

BigIntegere=pbk.getPublicExponent（）;

BigIntegern=pbk.getModulus（）;

分别获得公始中e和n的值。

由于密钥很长，因此对应的整数值非常大，无法使用一般的整型来存储，Java中定义了BigInteger类来存储这类很大的整数并可进行各种运算。

1.2.3获取明文整数（m）

Strings="HelloWorld!

";

byteptext[]=s.getBytes（"UTF8"）;

BigIntegerm=newBigInteger（ptext）;

分析：

明文是一个字符串，为了用整数表达这个字符串，先使用字符串的getBytes（）方法将其转换为byte类型数组，它其实是字符串中各个字符的二进制表达方式，这一串二进制数转换为一个整数将非常大，因此仍旧使用BigInteger类将这个二进制串转换为整型。

1.2.4执行计算

BigIntegerc=m.modPow（e,n）;

执行这个计算。

底数m执行这个方法，方法modPow（）的第一个参数即指数e，第二个参数即模n。

方法返回的结果即公式

的计算结果，即密文。

1.3使用密钥解密

RSA算法的解密和加密类似，在RSA私钥中包含了两个信息：

私钥对应的整数d和用于取模的整数n。

其中的n和加密时的n完全相同。

对于密文数字c，计算明文的公式是：

，之所以加密时由公式

得到的密文c通过这个公式计算一下就可以反过来得到原来的明文m，有其本身的数学规律决定。

1.3.1读取密文

BufferedReaderin=newBufferedReader（newInputStreamReader（

newFileInputStream（"Enc_RSA.dat"）））;

Stringctext=in.readLine（）;

BigIntegerc=newBigInteger（ctext）;

由于这一行字符串表示的是一个很大的整型数，因此使用BigInteger类来表示这个整型数。

1.3.2获取私钥

FileInputStreamf=newFileInputStream（"Skey_RSA_priv.dat"）;

ObjectInputStreamb=newObjectInputStream（f）;

RSAPrivateKeyprk=（RSAPrivateKey）b.readObject（）;

用的是RSA算法，因此从文件读取公钥对象后强制转换为RSAPrivateKey类型，以便后

面读取RSA算法所需要的参数。

1.3.3获取私钥的参数（d,n）

BigIntegerd=prk.getPrivateExponent（）;

BigIntegern=prk.getModulus（）;

1.3.4执行计算

BigIntegerm=c.modPow（d,n）;

1.3.5计算明文整型数对应的字符串

byte[]mt=m.toByteArray（）;

for（inti=0;i

System.out.print（（char）mt[i]）;

}

RSA算法解密的结果m是一个很大的整数，为了计算出其对应的字符串的值，先使用BigInteger类的toByteArray（）方法得到代表该整型数的字节数组，然后将数组中每个元素转换为字符，组成字符串。

2、程序设计

程序模拟A、B两用户，实现他们之间的通讯。

通讯方法：

A用B的公钥将明文加密后，将密文发送给B，B用自己的密钥解密可得到明文；同理B用A的公钥加密后，将密文发送给A，A用自己的密钥解密可得到明文。

A、B的公钥以二进制文件的形式存储，方便读写，A、B的私钥封装在UserA、UserB类对象中。

UserA向UserB单项的传输信息的过程

UserB向UserA传输信息的过程与此相同

3、程序结构

程序包括4个大类

3.1MainClass.java

成员函数：

publicstaticvoidmain（String[]args）//主函数

3.2Frame.java

成员变量：

JLabelA_label;

JLabelB_label;

JLabelA_pt;

JLabelB_pt;

JLabelA_ct;

JLabelB_ct;

JLabelA_receive;

JLabelB_receive;

JTextAreaAp_tArea;

JTextAreaAc_tArea;

JTextAreaBp_tArea;

JTextAreaBc_tArea;

JTextAreaAr_tArea;

JTextAreaBr_tArea;

JButtonbutton_CA;

JButtonbutton_CB;

JButtonA_encrypt;

JButtonB_encrypt;

JButtonA_send;

JButtonB_send;

JButtonA_decrypt;

JButtonB_decrypt;

UserAUserA;

UserBUserB;

成员函数：

publicFrame（Stringst）//初始化函数

publicvoidactionPerformed（ActionEvente）//事件监听函数

3.3RSA.java

成员变量：

privatePublicKeypbkey//公钥

privatePrivateKeyprkey//私钥

成员函数：

publicRSA（）初始化函数

publicvoidwriteToFile（StringfileName）//将密钥写入一二进制文件

publicRSAPrivateKeychangeToRSAPrivateKey（）//将PrivateKey类的私钥转成

RSAPrivateKey类的私钥

3.4UserA.java（UserB.java与UserA.java类似）

成员变量：

privateRSARSA_A

privateRSAPublicKeyrsa_a_pbkey//公钥

privateRSAPrivateKeyrsa_a_prkey//私钥

成员函数：

publicUserA（）//初始化函数

publicStringencrypt（Stringtext）//加密函数

publicStringdecrypt（Stringtext）//解密函数

UML类图：

五、运行结果

1.运行程序

2.分别点击UserA、UserB的“生成密钥对”按钮，控制台会显示生成成功，在工程文件夹下生成了两个二进制文件。

3.在UserA的明文框里输入“HelloUserB!

”，后点击加密，密文会出现在密文框中

4.点击“发送”按钮，UserA将密文发送给UserB，UserB接收到后将会在接收框内显示密文，点击“解密”按钮方可加密获得明文并在接收框内显示。

5.UserB发信息给UserA的操作过程与上述一致

六、小结

本次实验主要是理解公钥密码算法，熟悉常用密码算法理解了古典加密技术中的替换技术、置换技术。

理以RSA加密算法，以RSA加密算法为例，掌握公钥密码算法加解密过程的实现。

在实习过程中主要的问题是，密钥的管理上，一开始将公钥、私钥一同封装在了对象中，发现在公钥的使用上，不仅麻烦，而且很不合理。

后来将公钥写入二进制文件中，这样访问起来也比较方便，同时设计也更加合理，符合实际情况。

附录（代码）