密码学1实验报告
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3.程序设计
模块设计如下（头文件）：
#definePLAIN_FILE_OPEN_ERROR -1
#defineKEY_FILE_OPEN_ERROR -2
#defineCIPHER_FILE_OPEN_ERROR -3
typedef charElemType;
classCDES_zhy
{
public:
有些资料中介绍6位转4位的实现方法与本文所采用的不同，但殊途同归，最终的结果是相同的。
·数据换位
形成的32位right，
根据表8进行转换：
数据的原第16位换到第一位，原第7位换到第二位，……，依此类推，最后得到新的32位数据。
·交换数据
把right和left按位异或后的值赋给right，然后将本轮输入的原始right值赋给left。
对图片 加密。
加密后的文件为 。
选择解密按钮，可得到原文件 。
3.选择口令安全选项卡。
初始密码为：zhangyang，密钥为zhangyang。
若把密码改为abc，再次登录测试。
则再次登录即可登录成功，原来的密码已经失效。
四、实验中遇到的问题总结
1.编果得分
一、实验目的
1.编写程序实现DES的加、解密
1）编程构造DES的密钥；
2）应用上述获得的密钥将文件或文件夹或图片进行加、解密。
2.用DES算法实现口令的安全
二、实验内容
1.概要设计
1）编写CDES_zhy类，实现DES算法加解密；
2）编写用户界面，实现可视化操作；
3）核心代码与界面连接；
intDES_MakeSubKeys(ElemType key[64],ElemType subKeys[16][48]);
intDES_PC1_Transform(ElemType key[64], ElemType tempbts[56]);
intDES_PC2_Transform(ElemType key[56], ElemType tempbts[48]);
4.实现RSA密码体制。
二、实验内容
1.详细设计
1）加密解密
·密钥的产生
找出两个相异的大素数P和Q，令N＝P×Q，M＝（P－1）（Q－1）。
找出与M互素的大数E，用欧氏算法计算出大数D，使D×E≡1 MOD M。
丢弃P和Q，公开E，D和N。E和N即加密密钥，D和N即解密密钥。
·加密的步骤
计算N的有效位数tn（以字节数计），将最高位的零忽略掉，令tn1＝tn－1
前面第i次迭代生成的两个28位长的密钥为
把 合并。
按照表4所示k的第一位为56位密钥的第14位，k的第2位为56位密钥的第17位，……，依此类推，k的最后一位最后一位是56位密钥的第32位。生成与进行第i次迭代加密的数据进行按位异或的48位使用密钥：
·迭代
DES算法密钥生成需要进行16次迭代，最终形成16套加密密钥：key[0]、key[1]，key[2]，……，key[14]，key[15]。
比如N＝0x012A05，其有效位数tn＝5，tn1＝4。
将明文数据A分割成tn1位（以字节数计）的块，每块看成一个大数，块数
记为bn。从而，保证了每块都小于N。
对A的每一块Ai进行Bi＝Ai^E MOD N运算。Bi就是密文数据的一块，将所有密文块合并起来，就得到了密文数据B。
·解密的步骤
同加密的第一步。
2）编程实现了用上述获得的密钥将文件或文件夹或图片进行加、解密。
2.编程实现了用DES算法实现口令的安全
3.心得
1）通过上网查资料，又深入学习了DES的加密原理。
S盒是IBM自己定义的。B1b2b3b4b5b6用b1b6表示行，其他表示列，由此实现转换，E函数是对32位串的扩展，置换P是对密钥的置换。
4）测试程序；
5）调试程序；
6）得到Release版本。
2.详细设计
1）密钥生成
·取得密钥
从用户处取得一个64位（本文如未特指，均指二进制位）长的密码key， ，去除64位密码中作为奇偶校验位的第8、16、24、32、40、48、56、64位，剩下的56位作为有效输入密钥。
·等分密钥
·密钥移位
DES算法的密钥是经过16次迭代得到一组密钥的，把前面生成的A、B
intDES_ROL(ElemType data[56],inttime);
intDES_IP_Transform(ElemType data[64]);
intDES_IP_1_Transform(ElemType data[64]);
intDES_E_Transform(ElemType data[48]);
·素数检测法
对一个待测的随机大数p，计算p的有效位n，比如p＝0x5A，则n＝7。
选择一个小于p的随机数a。
令z＝1，i＝n。
x＝z，z＝d×d MOD N。
如果z＝1并且x<>1并且x<>p－1，那么测试通不过，p不是素数。
如果p－1的第i位为1，令z＝z×a MOD p，i＝i－1。如果i>=0，则转到第三步。
intDES_Encrypt(char* plainFile,char* keyStr,char *cipherFile);
intDES_Decrypt(char* cipherFile,char* keyStr,char *plainFile);
};
三、实验结果
1.程序初始界面。
2.选择DES加解密选项卡。
·数据压缩
形成的48位right值， 需要把48位的right值转换成32位的right值。把right视为由8个6位二进制块组成，
a，b，……，h都是6位，强制转换成10进制整数的值都不大于64。a，b，…，h转成10进制整数后，在对应的表中根据转换后整数值取得对应位置的替代值，每6位用一个4位替换这样就完成了从48位向32位数据的转换。
·迭代
DES算法需要进行16次迭代，在完成16次迭代前，把第i-1次得到的的left和right的值作为第i次的输入数据，循环重复。
·数据整理
为保证加密和解密的对称性，DES算法的前15次迭代每完成一次迭代都要交换left和right的值，第16次迭代不交换两者的数值.到此把32位的left和right合并成64位的Data。
检查以确保p不能被任何小素数整除，如3，5，7，11等等。有效的方法是测试小于2000的素数。使用字轮方法更快。
对某随机数a运行Rabin-Miller检测，如果P通过，则另外产生一个随机数a,在测试。选取较小的a值，以保证速度。做5次Rabin-Miller测试，如果有一次失败，返回第一步，从新产生p，再测试。
intByteToBit(ElemType ch,ElemType bit[8]);
intBitToByte(ElemType bit[8],ElemType *ch);
intChar8ToBit64(ElemType ch[8],ElemType bit[64]);
intBit64ToChar8(ElemType bit[64],ElemType ch[8]);
如果z<>1，则同不过检测，p不是素数，否则通过检测，p可能为素数。这个测试算法速度快，但是有很小的概率会出错。如果用5次该算法进行检测，p是素数的概率可达到99.9％（1－（0.25）^5）。这里给出的该算法的过程可能和有些资料上不太一样，本人从经验上觉得这里给出的更可靠些。
2.程序设计
RSA算法的实现（头文件）：
2）数据的加密操作
·取得数据
把明文数据分成64位的数据块，不够64位的数据块以适当的方式补足。
·初始换位
·数据扩展
第一次迭代以1.2.2步中生成的newData作为输入数据，第i (i > 1)次迭代以第i-1次的64位输出数据为输入数据，把64位数据按位置等分成左右两部分：
保持left不变，
把扩展后的48位right与第i次迭代生成的48位加密密钥进行按位异或操作 形成一个新的48位的right。
intsum();
voidEncrypt();
voidDecrypt();
intp,q; //选取的两个素数
intn,e,y,d; //n=p*q；y为n的欧拉数值；d是e在y下的乘法逆元
inta[160000]; //存储e的所有值
intc;
intfun;
intcount;
char*asd;
char*b;//存储明文
intDES_EncryptBlock(ElemType plainBlock[8], ElemType subKeys[16][48], ElemType cipherBlock[8]);
intDES_DecryptBlock(ElemType cipherBlock[8], ElemType subKeys[16][48], ElemType plainBlock[8]);
视为迭代的起始密钥，比如在第1次迭代时密钥，循环左移1位，第3次迭代时密钥循环左移2位。第9次迭代时密钥循环左移1位，第14次迭代时密钥循环左移2位。
第一次迭代：
A(1) =ǿ(1) A
B(1) =ǿ(1) B
第i次迭代：
A(i) =ǿ(i) A(i-1)
B(i) =ǿ(i) B(i-1)
·密钥的选取
实验2：实现RSA密码体制
姓名
张洋
院系
计算机科学与技术学院
学号
090420115
任课教师
刘扬
指导教师
刘杨
实验地点
宋健北楼402
实验时间
2011-10-24 18：40
实验课表现
出勤、表现得分
实验报告
得分
实验总分
一、实验目的
1.编写程序构造一RSA密钥；
2.编写程序实现快速指数算法；
3.编写程序生成大素数；
密码学应用与实践
实验报告
专业：信息安全
学号：090420115
姓名：张洋
哈尔滨工业大学（威海）
实验1：实现DES密码体制
姓名
张洋
院系
计算机科学与技术学院
学号
090420115
任课教师
刘扬
指导教师
刘杨
实验地点
宋健北楼402
实验时间
2011-10-24 18：40
实验课表现
出勤、表现得分
实验报告
得分
实验总分
数据的原第40位换到第一位，原第8位换到第二位，...，依此类推，最后的得到新的64位。
Data即为密文。
3）数据的解密
数据解密的算法与加密算法相同，区别在于1.2.3步中和数据进行按位异或的密钥的使用顺序不同，在加密中是按照第i次迭代就采用第i次迭代生成的密钥进行异或，而解密时第i次迭代就采用第17-i次迭代生成的密钥和数据进行异或。
2）测试发现DES，算法把64位密码中的第8位、第16位、第24位、第32位、第40位、第48位、第56位、第64位作为奇偶校验位，在计算密钥时要忽略这8位。如果输入的密码只是在这8位上有区别的话，那么操作后的结果将是一样的。
3）DES算法中只用到64位密钥中的其中56位，而第8、16、24、......64位8个位并未参与DES运算，这一点，向我们提出了一个应用上的要求，即DES的安全性是基于除了8、16、24、......64位外的其余56位的组合变化256才得以保证的。因此，在实际应用中，我们应避开使用第8、16、24、……64位作为有效数据位，而使用其它的56位作为有效数据位，才能保证DES算法安全可靠地发挥作用。如果不了解这一点，把密钥Key的8、16、24、……、64位作为有效数据使用，将不能保证DES加密数据的安全性。
将密文数据B分割成tn位（以字节数计）的块，每块看成一个大数，块数记为bn。
对B的每一块Bi进行Ci＝Bi^D MOD N运算。Ci就是密文数据的一块，将所有密文块合并起来，就得到了密文数据C。
2）素数的产生
·实际考虑
产生一个n位的随机大数p。
设p的最高位和最低位都为1，以确保达到要求的长度，和确保该大数是奇数。
classCRSA_zhy
{
public:
CRSA_zhy();
~CRSA_zhy();
BOOLProduceSS(int* p,int*q);
intSelKey(intj);
BOOLisPrime(intx);
intgcd(int f1,intf2);
voidProduceKey(intx1,intx2);
intDES_P_Transform(ElemType data[32]);
intDES_SBOX(ElemType data[48]);
intDES_XOR(ElemType R[48], ElemType L[48],intcount);
intDES_Swap(ElemType left[32],ElemType right[32]);
模块设计如下（头文件）：
#definePLAIN_FILE_OPEN_ERROR -1
#defineKEY_FILE_OPEN_ERROR -2
#defineCIPHER_FILE_OPEN_ERROR -3
typedef charElemType;
classCDES_zhy
{
public:
有些资料中介绍6位转4位的实现方法与本文所采用的不同，但殊途同归，最终的结果是相同的。
·数据换位
形成的32位right，
根据表8进行转换：
数据的原第16位换到第一位，原第7位换到第二位，……，依此类推，最后得到新的32位数据。
·交换数据
把right和left按位异或后的值赋给right，然后将本轮输入的原始right值赋给left。
对图片 加密。
加密后的文件为 。
选择解密按钮，可得到原文件 。
3.选择口令安全选项卡。
初始密码为：zhangyang，密钥为zhangyang。
若把密码改为abc，再次登录测试。
则再次登录即可登录成功，原来的密码已经失效。
四、实验中遇到的问题总结
1.编果得分
一、实验目的
1.编写程序实现DES的加、解密
1）编程构造DES的密钥；
2）应用上述获得的密钥将文件或文件夹或图片进行加、解密。
2.用DES算法实现口令的安全
二、实验内容
1.概要设计
1）编写CDES_zhy类，实现DES算法加解密；
2）编写用户界面，实现可视化操作；
3）核心代码与界面连接；
intDES_MakeSubKeys(ElemType key[64],ElemType subKeys[16][48]);
intDES_PC1_Transform(ElemType key[64], ElemType tempbts[56]);
intDES_PC2_Transform(ElemType key[56], ElemType tempbts[48]);
4.实现RSA密码体制。
二、实验内容
1.详细设计
1）加密解密
·密钥的产生
找出两个相异的大素数P和Q，令N＝P×Q，M＝（P－1）（Q－1）。
找出与M互素的大数E，用欧氏算法计算出大数D，使D×E≡1 MOD M。
丢弃P和Q，公开E，D和N。E和N即加密密钥，D和N即解密密钥。
·加密的步骤
计算N的有效位数tn（以字节数计），将最高位的零忽略掉，令tn1＝tn－1
前面第i次迭代生成的两个28位长的密钥为
把 合并。
按照表4所示k的第一位为56位密钥的第14位，k的第2位为56位密钥的第17位，……，依此类推，k的最后一位最后一位是56位密钥的第32位。生成与进行第i次迭代加密的数据进行按位异或的48位使用密钥：
·迭代
DES算法密钥生成需要进行16次迭代，最终形成16套加密密钥：key[0]、key[1]，key[2]，……，key[14]，key[15]。
比如N＝0x012A05，其有效位数tn＝5，tn1＝4。
将明文数据A分割成tn1位（以字节数计）的块，每块看成一个大数，块数
记为bn。从而，保证了每块都小于N。
对A的每一块Ai进行Bi＝Ai^E MOD N运算。Bi就是密文数据的一块，将所有密文块合并起来，就得到了密文数据B。
·解密的步骤
同加密的第一步。
2）编程实现了用上述获得的密钥将文件或文件夹或图片进行加、解密。
2.编程实现了用DES算法实现口令的安全
3.心得
1）通过上网查资料，又深入学习了DES的加密原理。
S盒是IBM自己定义的。B1b2b3b4b5b6用b1b6表示行，其他表示列，由此实现转换，E函数是对32位串的扩展，置换P是对密钥的置换。
4）测试程序；
5）调试程序；
6）得到Release版本。
2.详细设计
1）密钥生成
·取得密钥
从用户处取得一个64位（本文如未特指，均指二进制位）长的密码key， ，去除64位密码中作为奇偶校验位的第8、16、24、32、40、48、56、64位，剩下的56位作为有效输入密钥。
·等分密钥
·密钥移位
DES算法的密钥是经过16次迭代得到一组密钥的，把前面生成的A、B
intDES_ROL(ElemType data[56],inttime);
intDES_IP_Transform(ElemType data[64]);
intDES_IP_1_Transform(ElemType data[64]);
intDES_E_Transform(ElemType data[48]);
·素数检测法
对一个待测的随机大数p，计算p的有效位n，比如p＝0x5A，则n＝7。
选择一个小于p的随机数a。
令z＝1，i＝n。
x＝z，z＝d×d MOD N。
如果z＝1并且x<>1并且x<>p－1，那么测试通不过，p不是素数。
如果p－1的第i位为1，令z＝z×a MOD p，i＝i－1。如果i>=0，则转到第三步。
intDES_Encrypt(char* plainFile,char* keyStr,char *cipherFile);
intDES_Decrypt(char* cipherFile,char* keyStr,char *plainFile);
};
三、实验结果
1.程序初始界面。
2.选择DES加解密选项卡。
·数据压缩
形成的48位right值， 需要把48位的right值转换成32位的right值。把right视为由8个6位二进制块组成，
a，b，……，h都是6位，强制转换成10进制整数的值都不大于64。a，b，…，h转成10进制整数后，在对应的表中根据转换后整数值取得对应位置的替代值，每6位用一个4位替换这样就完成了从48位向32位数据的转换。
·迭代
DES算法需要进行16次迭代，在完成16次迭代前，把第i-1次得到的的left和right的值作为第i次的输入数据，循环重复。
·数据整理
为保证加密和解密的对称性，DES算法的前15次迭代每完成一次迭代都要交换left和right的值，第16次迭代不交换两者的数值.到此把32位的left和right合并成64位的Data。
检查以确保p不能被任何小素数整除，如3，5，7，11等等。有效的方法是测试小于2000的素数。使用字轮方法更快。
对某随机数a运行Rabin-Miller检测，如果P通过，则另外产生一个随机数a,在测试。选取较小的a值，以保证速度。做5次Rabin-Miller测试，如果有一次失败，返回第一步，从新产生p，再测试。
intByteToBit(ElemType ch,ElemType bit[8]);
intBitToByte(ElemType bit[8],ElemType *ch);
intChar8ToBit64(ElemType ch[8],ElemType bit[64]);
intBit64ToChar8(ElemType bit[64],ElemType ch[8]);
如果z<>1，则同不过检测，p不是素数，否则通过检测，p可能为素数。这个测试算法速度快，但是有很小的概率会出错。如果用5次该算法进行检测，p是素数的概率可达到99.9％（1－（0.25）^5）。这里给出的该算法的过程可能和有些资料上不太一样，本人从经验上觉得这里给出的更可靠些。
2.程序设计
RSA算法的实现（头文件）：
2）数据的加密操作
·取得数据
把明文数据分成64位的数据块，不够64位的数据块以适当的方式补足。
·初始换位
·数据扩展
第一次迭代以1.2.2步中生成的newData作为输入数据，第i (i > 1)次迭代以第i-1次的64位输出数据为输入数据，把64位数据按位置等分成左右两部分：
保持left不变，
把扩展后的48位right与第i次迭代生成的48位加密密钥进行按位异或操作 形成一个新的48位的right。
intsum();
voidEncrypt();
voidDecrypt();
intp,q; //选取的两个素数
intn,e,y,d; //n=p*q；y为n的欧拉数值；d是e在y下的乘法逆元
inta[160000]; //存储e的所有值
intc;
intfun;
intcount;
char*asd;
char*b;//存储明文
intDES_EncryptBlock(ElemType plainBlock[8], ElemType subKeys[16][48], ElemType cipherBlock[8]);
intDES_DecryptBlock(ElemType cipherBlock[8], ElemType subKeys[16][48], ElemType plainBlock[8]);
视为迭代的起始密钥，比如在第1次迭代时密钥，循环左移1位，第3次迭代时密钥循环左移2位。第9次迭代时密钥循环左移1位，第14次迭代时密钥循环左移2位。
第一次迭代：
A(1) =ǿ(1) A
B(1) =ǿ(1) B
第i次迭代：
A(i) =ǿ(i) A(i-1)
B(i) =ǿ(i) B(i-1)
·密钥的选取
实验2：实现RSA密码体制
姓名
张洋
院系
计算机科学与技术学院
学号
090420115
任课教师
刘扬
指导教师
刘杨
实验地点
宋健北楼402
实验时间
2011-10-24 18：40
实验课表现
出勤、表现得分
实验报告
得分
实验总分
一、实验目的
1.编写程序构造一RSA密钥；
2.编写程序实现快速指数算法；
3.编写程序生成大素数；
密码学应用与实践
实验报告
专业：信息安全
学号：090420115
姓名：张洋
哈尔滨工业大学（威海）
实验1：实现DES密码体制
姓名
张洋
院系
计算机科学与技术学院
学号
090420115
任课教师
刘扬
指导教师
刘杨
实验地点
宋健北楼402
实验时间
2011-10-24 18：40
实验课表现
出勤、表现得分
实验报告
得分
实验总分
数据的原第40位换到第一位，原第8位换到第二位，...，依此类推，最后的得到新的64位。
Data即为密文。
3）数据的解密
数据解密的算法与加密算法相同，区别在于1.2.3步中和数据进行按位异或的密钥的使用顺序不同，在加密中是按照第i次迭代就采用第i次迭代生成的密钥进行异或，而解密时第i次迭代就采用第17-i次迭代生成的密钥和数据进行异或。
2）测试发现DES，算法把64位密码中的第8位、第16位、第24位、第32位、第40位、第48位、第56位、第64位作为奇偶校验位，在计算密钥时要忽略这8位。如果输入的密码只是在这8位上有区别的话，那么操作后的结果将是一样的。
3）DES算法中只用到64位密钥中的其中56位，而第8、16、24、......64位8个位并未参与DES运算，这一点，向我们提出了一个应用上的要求，即DES的安全性是基于除了8、16、24、......64位外的其余56位的组合变化256才得以保证的。因此，在实际应用中，我们应避开使用第8、16、24、……64位作为有效数据位，而使用其它的56位作为有效数据位，才能保证DES算法安全可靠地发挥作用。如果不了解这一点，把密钥Key的8、16、24、……、64位作为有效数据使用，将不能保证DES加密数据的安全性。
将密文数据B分割成tn位（以字节数计）的块，每块看成一个大数，块数记为bn。
对B的每一块Bi进行Ci＝Bi^D MOD N运算。Ci就是密文数据的一块，将所有密文块合并起来，就得到了密文数据C。
2）素数的产生
·实际考虑
产生一个n位的随机大数p。
设p的最高位和最低位都为1，以确保达到要求的长度，和确保该大数是奇数。
classCRSA_zhy
{
public:
CRSA_zhy();
~CRSA_zhy();
BOOLProduceSS(int* p,int*q);
intSelKey(intj);
BOOLisPrime(intx);
intgcd(int f1,intf2);
voidProduceKey(intx1,intx2);
intDES_P_Transform(ElemType data[32]);
intDES_SBOX(ElemType data[48]);
intDES_XOR(ElemType R[48], ElemType L[48],intcount);
intDES_Swap(ElemType left[32],ElemType right[32]);