完整版IDEA密码算法.docx

1、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

2、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)X 2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) 和结果作异或运算。(6)(2)和结果作异或运算。(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)

3、 , (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。

4、r&K3K4K5K610-1516-3132-4748-6364-7980-95296-111112-12725-4041-5657-7273-88389-104105-120121-8:9-2450-6566-81482-9798-113114-12-1718-3334-49575-9091-106107-122123-1011-2627-42643-5859-74100-115116-34-1920-35736-5152-6768-83P 84-99125-1213-28829-4445-6061-7677-9293-108109-124922-3738-5354-6970-85-表1 I

5、DEA 的密钥扩展过程设密钥k k1 k2 &28分成8段，依次为再将k向左旋移位25比特 k26k27 k128k1k2 k25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，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 Z 1 表示 Zmod(216 1)乘法的逆，即 Z O Z 1 = 1mod(216 1)Z表示Z mod 216加法运算的逆，即Z田 Z = 0 mod 216F面讨论解密的运算地正确性。用 A表达步骤(1) (4)

6、, 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1 W O Z1(9) , 丫2 W8- Z2(9) , 丫3 W82 Z39),丫4 W84 O ZJ YlY23,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

7、MA，如图所示:W81I 81MA(r)(I 81 I 83 , I 82 I1 84 )W82I 83MA(r)(I 81 I 83 ,I 82 I84 )W83I 82MA(l)(I 81 I 83 , I 82 I1 84 )W84I 84MA(l)(I 81 I 83 ,I 82 I84 )VnJ11MA(r)(J11 J13, J12J14 )=W81MA(r)(W81W82 , W83W84 )W81W82=I 81MA(r)( I81 I83,I 82I 84 )I 83MA(r)(I 81 I 83,I 82I 84=I81I 83W83W84 =I 82MA(I 81 I 8

8、3 ,I 82I 84 )I 84MA(l)(I 81 I 83 ,I 82 I84 )=I82I 84MA(l)(U ,V)表示MA的左边的输出， MA(U,V)表示MA的右边的输出。则有:所以Vii丨81MA(r)( I81MA(r)( I8iI 83 , I 82I 84 ) = I 81I 83 , I 82 I 84 )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：V81 111，V82 I 13， V$3 I 12， V84 I 14所以最后一轮的输出为：V8

9、1 o (Z1)1 go (Z1)1 = X1 O (Z1)O (Z1)1 = X1V83( Z21)(Z21) = X2 圧(Zy)( Z21) = X2V82( Z31)113田(Z31)= X3田(Z31)田(Z31)=、V84 o(z4)1 丨14 o(z4)1 = X4 o(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#in elude #in elude #in elude using n amespaee std;const un sig ned int N=256; mod(pow(2,8)=256con st

10、un sig ned int MUL=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con st un sig ned int ADD=65536; 16 比特的整数做 mod(pow(2,16)=65536 的加法运算string key_change(unsigned int n,int k) 十进制数倒序变换为 k 位二进制stri ng result;for(i nt i=O;ik;i+)if(i!=O)&!(i%4) result+=,;if(n%2) result+=1;else re

11、sult+=0;n/=2;return result;string change(unsigned int n,int k)/十进制数顺序变换为 k位二进制stri ng result;for(i nt i=0;ik;i+)if(i!=0)&!(i%4) result=,+result;if(n %2) result=1+result;else result=0+result;n/=2;return result;void set_key(u nsig ned int key,u nsig ned int z96) 生成密钥模块int i,j,k,flag=O,t=O;unsigned int

12、 sum,temp9616;for(i=0;i9;i+)for(j=0;j6;j+)for(k=0;k16;k+)tempijk=key(flag+t+)%128;if(!(i=j=0)&(6*i+j)%8)=7) flag+=25;for(i=0;i9;i+)for(j=0;j6;j+)sum=0;for(k=0;k16;k+)if(tempijk)sum+=pow(2,k);zij=sum;void set_m(un sig ned int write, un sig ned int x) 生成明文模块int i,j;un sig ned int sum;for(i=0;i64;i+=16

13、)sum=0;for(j=0;j16;j+)if(writei+j) sum+=pow(2,j);xi/16=sum;void string_bb(string str,unsigned int result) 字符序列转换为二进制int i,j;un sig ned int temp;for(i=0;istr.le ngth();i+)temp=stri;for(j=0;j8;j+)if(temp%2) result8*i+j=1;else result8* i+j=0;temp=temp/2; void en crypt( un sig ned int x, un sig ned int

14、z96) int t,j;result4=result0Wesult2; (1)和结果作异或运算result 5=result1Aresult3; (2)和结果作异或运算result6=(result4*zt4)%MUL; (5)的结果与第 5个子密钥块作乘法运算result7=(result5+result6)%ADD;/(6) 和结果作加法运算 result8=(result7*zt5)%MUL; (8)的结果与第 6个子密钥块作乘法运算result9=(result6+result8)%ADD;/(7)和(9)结果作加法运算result10=result0Aresult8;result1

15、1=result2Aresult8;result12=result1Aresult9;result13=result3Aresult9;coutn 第t+1趟for(j=0;j14;j+)couttStepj+1t/(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endlendl;/(4)和(10)结果作异或运算ttcha nge(resultj,16)e ndl;coutnresult10=result10 cha nge(result10,16)t; coutresult12=result12 cha nge(res

16、ult12,16)e ndl; coutresult11=result11 cha nge(result11,16)t;coutresult13=result13 cha nge(result13,16)e ndl;cout e ndl;x0=result10;x1=result12;x2=result11;x3=result13; 除最后一轮(第9轮)外，第2和第3块交换couttcha nge(x0,16)tcha nge(x1,16)e ndl; couttcha nge(x2,16)tcha nge(x3,16)e ndl;int mai n()int i,j,t;unsigned i

17、nt sum,temp,x4,z96,key128,write64;string m,k,str;couttttlDEA 密码算法;coutn请输入明文字符串:;cinm;coutn 请输入密钥:;cink;coutntt 密钥为 k=kendlendl;string_bb(k,key);将密钥字符序列转换为二进制，存放于数组 key128coutk=e ndl;for(i=0;i128;i+)coutkeyi;if(i!=O)&(i%8)=7) cout;if(i!=O)&(i%32)=31) coute ndl;string_bb(m,write);将明文字符序列转换为二进制，存放于数组

18、write64coutnttt 明文是 m=mendlendl;coutm=e ndl;for(i=0;i64;i+)coutwritei;if(i!=0)&(i%8)=7) cout;if(i!=0)&(i%32)=31) coute ndl;set_key(key,z); 生成密钥模块 z96cout 密钥模块：nendl;for(i=0;i9;i+)for(j=0;j6;j+)coutzi+1j+1 key_cha nge(zij,16)t;if(j%2) coute ndl;coute ndl;for(i=0,j=0;i4;i+,j+=2) xi=mj+1*pow(2,8)+mj;se

19、t_m(write,x); 生成明文模块 x4cout 明文模块：nendl;for(i=0;i4;i+=2)coutxi=xitkey_cha nge(xi,16)txi+1=xi+1 tkey_cha nge(xi+1,16)e ndl;*en crypt(x,z); return 0;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+DehiigM件 TUI?A宪码筒法- :MIDER密诃舁袪请辙入明文宁符串! Ta insert请输入密4 compute.Ik-tOnpiiter

20、sECinity明文是 n=T s inghua2、由密钥序列k生成密钥模块，如下图所示:兀F:VCl IDEA密珂算法-“ J“密钥楝块匕zLinn1100.0110.1111,0110zlK2J1011.0110.0000.1110z(ll31010 ,111B. W10,1111100zH4J0101.1101,0100,1100”【】1001,1101.10011101eHIEGI0100.1101100,11612?)10101,1100,1001,1101eC7J210010.110,0101,11012L7H310011,1101,1000,1101 E73E41110,1101

21、,0110,1100zL7)5J0001,1101,0101,1100eE760101,1101,0100,1100zLSHl1001,1101.1001,1101ECIJE2J010QPllQia00.11OlsCSJEJR1R1-1100,1001.1101e(S(41001 fl. 1100, R101.ll A1.CS)51mu.liei.lflan.iiQizrftirgltil0_1101,RH,llftA9 irt aam. ”mai,0ibi,1ibh43121Blial,1101 “ Bl BOllHn1901,1101.1601.1101z43C4J100,1101.180

22、8,11H11 C0101,11QQ,1601,11012 9 3L 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ft exef .N JtNJtN 良貝良貝覽 W 覽軾此貿MKMlC 袒見科 BtJlXJlIfJtlCjtNjtXjt弟丄趙Stepl丄101,001丄，01B0, liltStep21101,1110,1101,0110Step3丄101.110S,11B1,1103Step40110.0001,1001,1191StepS0000.1111,1001,0011StepG1011,1111,B1B0,1011Step?1111,

23、0111,1101,1110StepSi0i：U at li, lestSt ep?BailP1101,iibi,iiiiSteplO0011,0181,1011,1101Stevll11101110,1001,0003Ste)12llie0B01,000叫 0011Ilia,1811,8110,1B11Ste)140101p 010B00100003resUL10=tie72 1110,1 lie, 10F11,0000 result12 1=632&7 1110.1011,01101011 result 1111=5760? jJO月阴1.阳腼同PU result131=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。