中南大学现代密码学实验报告

现 代 密 码 学 实 验 报 告

学生姓名 代巍 学 号 0909121615 专业班级 信息安全1201 指导教师 段桂华

学 院 信息科学与工程学院 完成时间 2014年5月

实验一 对称密码算法实验

[实验目的]

1.掌握密码学中经典的对称密码算法DES、AES、RC4的算法原理。 2.掌握DES、AES、RC4的算法流程和实现方法。

[实验预备]

1.DES算法有什么特点？算法中的哪些结构保证了其混淆和扩散的特性？ 2.AES算法的基本原理和特点。

3.流密码RC4的密钥流生成以及S盒初始化过程。

[实验内容]

1. 分析DES、AES、RC4、SHA的实现过程。 2. 用程序设计语言将算法过程编程实现。 3. 完成字符串数据的加密运算和解密运算 输入明文：Idolikethisbook 输入密钥：cryption

[实验步骤] 1. 预习DES、AES、RC4算法。 2. 写出算法流程，用程序设计语言将算法过程编程实现。 3. 输入指定的明文、密钥进行实验，验证结果。 4. 自己选择不同的输入，记录输出结果。 写出所编写程序的流程图和运行界面、运行结果。 一、DES算法

1. DES算法及原理

DES密码实际上是Lucifer密码的进一步发展。它是一种采用传统加密方法的区组密码。它的算法是对称的，既可用于加密又可用于解密。美国国家标准局1973年开始研究除国防部外的其它部门的计算机系统的数据加密标准，于1973年5月15日和1974年8月27日先后两次向公众发出了征求加密算法的公告。加密算法要达到的目的通常称为DES密码算法要求主要为以下四点：

提供高质量的数据保护，防止数据未经授权的泄露和未被察觉的修改；具有相当高的复杂性，使得破译的开销超过可能获得的利益，同时又要便于理解和掌握DES密码体制的安全性应该不依赖于算法的保密，其安全性仅以加密密钥的保密为基础实现经济，运行有效，并且适用于多种完全不同的应用。

目前在这里，随着三金工程尤其是金卡工程的启动，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，

以此来实现关键数据的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密传输，IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等，均用到DES算法。

DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。

DES算法是这样工作的：如Mode为加密，则用Key 去把数据Data进行加密， 生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式（64位）作为DES的输出结果。在通信网络的两端，双方约定一致的Key，在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密，然后以密码形式在公共通信网（如电话网）中传输到通信网络的终点，数据到达目的地后，用同样的Key对密码数据进行解密，便再现了明码形式的核心数据。这样，便保证了核心数据（如PIN、MAC等）在公共通信网中传输的安全性和可靠性。

通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key，便能更进一步提高数据的保密性，这正是现在金融交易网络的流行做法。

DES算法流程图

子密钥产生流程图

2.DES算法加密解密过程

(1)加密过程。 a.初始置换。

DES的第一阶段包括64位分组的置换，改变每个分组中位的顺序。术语置换使用其严格的数学意义；只改变了顺序。这64位数据现在被分成两半：L0（左半部分）和R0（右半部分）。下标0说明是原始的数据。在DES算法第二阶段的每次循环后，这些下标加1。

b.循环移位(16次)

一种根据密钥，并且依赖于表格的算法。这种操作通常被称为数据移位。这个算法要重复16次，但由于每次移位都使用密钥的不同子分组，因此每次移位的操作各不相同。密钥的子分组由另一组表格和表格的移位算法来确定。在每次循环以后，L（左半部分）和R（右半部分）的下标依次加一。第16次循环的结果被称为预输出。

c.逆置换

DES的最后一个阶段包括64位分组的置换，改变每个分组中位的顺序，这

与第1阶段的操作类似。这次置换的输出结果就是密文。

(2)解密过程

DES的解密过程和加密过程相同，只是在解密过程中将子密钥的使用顺序颠倒。

3. DES算法C++实现

模块化设计(囿于篇幅，举几个代表的例子) (1) 二进制转换(将输入的字符串转化为比特数组)

void erjinzhi(char z[8],int *q) { }

char ch; int i,j,a=7;

for(i=0;i<8;i++) { }

for(i=0;i<=63;i++) { }

printf(\

if(i%8==0) printf( \printf(\a=a+16; ch=z[i]; for(j=0;j<8;j++) { }

ch=ch/2; a--;

*(q+a)=ch%2;

（2）密钥生成时 C D移位

void LS_yiwei(int (*p)[28],int i) {

int j;

if(i==1||i==2||i==9||i==16) {

for(j=0;j<=27;j++) {

if(j==27) else

*(*(p+i)+j)=*(*(p+i-1)+j+1); *(*(p+i)+j)=*(*(p+i-1)+0);

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