伪随机数发生器

伪随机数发生器程序说明文档

——《密码编码学与网络安全》实验六一、基本变量、数据结构、函数说明：

注意：基本变量、数据结构、函数说明和实验二DES算法是一样的。没有任何变化。

1.基本变量定义部分：

flag：boolean型变量，用于标识是解密还是加密过程。

2.数据结构定义部分：

DT64：int型一维数组，64位的随机时间串。

V64： int型一维数组，64位的种子值。

sum64：int型一维数组，用于存储模二加的中间结果。

R64：int型一维数组，用于存储64位伪随机数。

bytekey：byte型一维数组，用于存储密钥及其子密钥字节流信息。

IP：int型一维数组，静态，用于存储初始置换矩阵。

IP_1：int型一维数组，静态，用于存储初始置换矩阵的逆矩阵。

PC_1：int型一维数组，静态，用于存储置换选择矩阵1。

PC_2：int型一维数组，静态，用于存储置换选择矩阵2。

E：int型一维数组，静态，用于存储扩充置换矩阵。

P：int型一维数组，静态，用于置换函数矩阵。

S_Box：int型三维数组，静态，用于SBox矩阵设置。

LeftMove：int型一维数组，静态，用于设置左移位置列表。

keydata：int型一维数组，用于存储二进制加密密钥。

encryptdata：int型一维数组，用于存储二进制加密数据。

EncryptCode：byte型一维数组，用于存储加密操作完成后的字节数组。

KeyArray：int型二维数组，用于存储密钥初试化后的二维数组。

3.基本函数定义：

UnitDes：初始化函数，用于将密钥初始化成字节型数组密钥。

KeyInitialize：用于初始化密钥，生成每一轮的子密钥。

Encrypt：每一轮的加密函数。

ReadDataToBirnaryIntArray：将数据转换为二进制数，存储到数组。

LeftBitMove：循环移位操作函数。

LoopF：落实到每一轮的具体操作函数。

GetEncryptResultOfByteArray：将存储64位二进制数据的数组中的数据转换为八个整数（byte）。

ByteDataFormat：字符串数组拼接函数。

DesEncrypt：具体的加、解密函数，由flag控制工作模式。

二、输入输出说明：

本程序是需要输入进行驱动的。具体输入项为四项：

a. 8位整数初始化种子值；

b. 希望产生的随机数个数；

c. 8位整数密钥K1。

d. 8位整数密钥K2。

通过将日期和种子作为X9.17伪随机数算法的输入，经过3DES算法，具体输出为：

a. 64位随机数0-1串；

b. 64位新种子0-1串。

三、算法简略流程说明：

（1）.初始化置换函数：

for (i = 0; i < 64; i++) {

M[i] = timeData[IP[i] - 1]; // 明文IP变换

}

此语句将明文字节型数组矩阵进行了明文IP的置换。

（2）.每一轮变换的详细过程：

每一轮的扩充，S盒代换，P置换，以及L、R的交换具体由每轮LoopF函数实现：

private void LoopF(int[] M, int times, int flag, int[][] keyarray) { int i;

int j;

int[] L0 = new int[32];

int[] R0 = new int[32];

int[] L1 = new int[32];

int[] R1 = new int[32];

int[] RE = new int[48];

int[][] S = new int[8][6];

int[] sBoxData = new int[8];

int[] sValue = new int[32];

int[] RP = new int[32];

for (i = 0; i < 32; i++) {

L0[i] = M[i]; // 明文左侧的初始化

R0[i] = M[i + 32]; // 明文右侧的初始化

}

for (i = 0; i < 48; i++) {

RE[i] = R0[E[i] - 1]; // 经过E变换扩充，由32位变为48位

RE[i] = RE[i] + keyarray[times][i]; // 与KeyArray[times][i]按位作不进位加法运算

if (RE[i] == 2) {

RE[i] = 0;

}

}

for (i = 0; i < 8; i++) { // 48位分成8组

for (j = 0; j < 6; j++) {

S[i][j] = RE[(i * 6) + j];

}

// 下面经过S盒，得到8个数

sBoxData[i] = S_Box[i][(S[i][0] << 1) + S[i][5]][(S[i][1] << 3)

+ (S[i][2] << 2) + (S[i][3] << 1) + S[i][4]];

// 8个数变换输出二进制

for (j = 0; j < 4; j++) {

sValue[((i * 4) + 3) - j] = sBoxData[i] % 2;

sBoxData[i] = sBoxData[i] / 2;

}

}

for (i = 0; i < 32; i++) {

RP[i] = sValue[P[i] - 1]; // 经过P变换

L1[i] = R0[i]; // 右边移到左边

R1[i] = L0[i] + RP[i];

if (R1[i] == 2) {

R1[i] = 0;

}

// 重新合成M，返回数组M

// 最后一次变换时，左右不进行互换。此处采用两次变换实现不变

if (((flag == 0) && (times == 0)) || ((flag == 1) && (times == 15))) { M[i] = R1[i];

M[i + 32] = L1[i];

} else {

M[i] = L1[i];

M[i + 32] = R1[i];