一 密钥分配.docx
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一密钥分配
实习一密钥分配
一、实习目的
1．理解密钥管理的重要性；
2．掌握对称密码和公钥密码密钥管理的不同特性；
3．掌握密钥分发基本方法，能设计密钥分发方案
二、实习要求
1．实习前认真预习第2章的有关内容；
2．复习对称密码和公钥密码相关内容；
3．熟悉Java平台的JCE包有关类。
三、实习内容
假定两个用户A、B，用户A、B的通讯密钥为K，他们的公私钥对分别是KPUa、KPRa和KPUb、KPRb，他们要进行安全通讯，密钥分发与通信过程如1所示。
（1）根据图1所示，实现利用公钥密码算法分发对称密钥的过程。
实现的阶梯任务如下：
以本地两个目录模拟两个用户，采用变量方式直接实现密钥的分发；
实现算法的图形化方式，用户可以选择算法、参数、工作模式等；
以文件方式管理密钥及明文、密文；
采用Socket，建立安全通信过程；
将方案移植到某个web应用中。
（2）按照
（1）的阶梯任务，实现基于DH密钥协定的密钥分发。
四、实验过程
1.知识回顾
DES是数据加密标准（DataEncryptionStandard）的简称，出自IBM的研究工作，并在1977年被美国政府正式采纳。
它是使用较为广泛的密钥系统，最初开发DES是嵌入硬件中DES特别是在保护金融数据的安全，如自动取款机中，使用较多。
在DES中，使用了一个56位的密钥以及附加的8位奇偶校验位，产生最大64位的分组大小。
加密过程中，将加密的文本块分成两半。
使用子密钥对其中一半应用循环功能，
然后将输出与另一半进行“异或”运算；接着交换这两半。
循环往复。
DES使用16个循
环，但最后一个循环不交换。
攻击DES，一般只能使用穷举的密钥搜索，即重复尝试各种密钥直到有一个符合为
止。
如果DES使用56位的密钥，则可能的密钥数量是256个，穷举难度较大。
IBM曾对DES拥有几年的专利权，但在1983年到期。
在公开密钥密码体制中，加密密钥（即公开密钥）PK是公开信息，而解密密钥（即秘密密钥）SK是需要保密的。
加密算法E和解密算法D也都是公开的。
虽然解密密钥SK是由公开密钥PK决定的，但却不能根据PK计算出SK。
正是基于这种理论，1978年出现了著名的RSA算法，它通常是先生成一对RSA密钥，其中之一是保密密钥，由用户保存；另一个为公开密钥，可对外公开，甚至可在网络服务器中注册。
为提高保密强度，RSA密钥至少为500位长，一般推荐使用1024位。
这就使加密的计算量很大。
为减少计算量，在传送信息时，常采用传统加密方法与公开密钥加密方法相结合的方式，即信息采用改进的DES或IDEA对话密钥加密，然后使用RSA密钥加密对话密钥和信息摘要。
对方收到信息后，用不同的密钥解密并可核对信息摘要。
2.问题分析
（1）．对称密钥密码体系
对称密钥密码体系也叫密钥密码体系，它是指消息发送方和消息接收方必须使用相同的密钥，该密钥必须保密。
发送方用该密钥对待发消息进行加密，然后将消息传输至接收方，接收方再用相同的密钥对收到的消息进行解密。
这一过程可用数学形式来表示。
消息发送方使用的加密函数encrypt有两个参数：
密钥K和待加密消息M，加密后的消息为E，E可以表示为E=encrypt（K，M）消息接收方使用的解密函数decrypt把这一过程逆过来，就产生了原来的消息M=decrypt（K，E）=decrypt（K，encrypt（K，M））
（2）．非对称密钥密码体系
非对称密钥密码体系又叫公钥密码体系，它使用两个密钥：
一个公共密钥PK和一个私有密钥SK。
这两个密钥在数学上是相关的，并且不能由公钥计算出对应的私钥，同样也不能由私钥计算出对应的公钥。
这种用两把密钥加密和解密的方法表示成如下数学形式。
假设M表示一条消息，pub—a表示用户a的公共密钥，prv—a表示用户a的私有密钥，那么：
M=decrypt（pub—a，encrypt（prv—a，M））
3.算法分析及流程图
4．实验原理
（1）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，指定加密算法为RSA。
（3）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。
（4）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。
5.类图
四．数据测试及结果
1、利用DES算法生成对称密钥Key，运行程序后生成Key.dat文件
2、利用RSA算法生成公钥密钥对，将公钥存入A文件夹下，将私钥存入B文件夹下，运行程序后在A文件夹下生成Skey_RSA_pub.dat文件，在B文件夹下生成Skey_RSA_priv.dat文件：
3.利用RSA加密算法对对称密钥加密，将加密后文件保存为Enc_RSA.dat文件，运行程序后：
4、利用RSA解密算法对密文进行解密，将解密后的文件Key.dat写入B文件夹下，运行程序后B文件夹下生成Key.dat文件：
五．总结
通过本次实习，复习了DES和RSA的相关知识，通过使用DES算法和RSA算法实现密钥分发与通信过程，对密钥的分配过程有了一定的了解。
让我更加认识到了加密算法的复杂，也更加巩固了我们的java知识，理解了公钥密码算法，掌握了RSA密码算法加解密过程的实现，学习了java.security.*和java.crypto.*中相关类。
对于KeypairGenerator，KeyPair，PublicKey，PrivateKey等类有了进一步的了解，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。
由于时间精力有限，本次实验还存在很多问题，在控制台进行明文的加密解密正常，图形界面的加密也正常，解密时调用Skey_RSA的解密方法时未能完成解密工作。
加密方法的参数密钥由KeypairGenerator的静态方法getInstance（）可以获得KeypairGenerator类型对象，所以在界面使用文本框获得key值会造成初始化方法init（）的publickey参数错误，于是设置成密钥由系统生成。
Ciphercipher=Cipher.getInstance（"RSA"）;//Cipher负责完成加密或解密工作，基于RSA
cipher.init（Cipher.ENCRYPT_MODE,publicKey）;//根据公钥，对Cipher对象进行初始化
对称密码一般要求：
1、加密解密用相同的密钥
2、收发双方必须共享密钥
安全性要求：
1、密钥必须保密
2、没有密钥，解密不可行
3、知道算法和若干密文不足以确定密钥
公钥密码一般要求：
1、加密解密算法相同，但使用不同的密钥
2、发送方拥有加密或解密密钥，而接收方拥有另一个密钥
安全性要求：
1、两个密钥之一必须保密
2、无解密密钥，解密不可行
3、知道算法和其中一个密钥以及若干密文不能确定另一个密钥
源程序
//生成对称密钥
packageSkey;
importjava.io.FileOutputStream;
importjava.io.ObjectOutputStream;
importjavax.crypto.KeyGenerator;
importjavax.crypto.SecretKey;
publicclassSkey_DES{
/**
*@paramargs
*/
//TODOAuto-generatedmethodstub
//对称密钥的生成，并通过对象序列化方式保存在文件中
publicstaticvoidmain（Stringargs[]）throwsException
{
KeyGeneratorkg=KeyGenerator.getInstance（"DESede"）;//创建密钥生成器
kg.init（168）;//初始化密钥生成器
SecretKeyk=kg.generateKey（）;//生成密钥
//通过对象序列化方式将密钥保存在文件中
FileOutputStreamf1=newFileOutputStream（"A/Key.dat"）;
ObjectOutputStreamb1=newObjectOutputStream（f1）;
b1.writeObject（k）;
}
}
//生成对称密钥对
packageRSA;
importjava.io.*;
importjava.security.*;
importjava.security.interfaces.RSAPrivateKey;
importjava.security.interfaces.RSAPublicKey;
importjavax.crypto.Cipher;
publicclassSkey_RSA{
//KeyGenerator提供对称密钥生成器的功能，支持各种算法
publicKeyPairGeneratorkeyPairGen;
//SecretKey负责保存对称密钥
KeyPairkeyPair;
RSAPrivateKeyprivateKey;
RSAPublicKeypublicKey;
//Cipher负责完成加密或解密工作
privateCipherc;
//该字节数组负责保存加密的结果
privatebyte[]cipherByte;
//KeyPairGenerator类用于生成公钥和私钥对，基于RSA算法生成对象
/**
*@paramargs
*/
Skey_RSA（）{
//KeyPairGenerator类用于生成公钥和私钥对，基于RSA算法生成对象
KeyPairGeneratorkeyPairGen=null;
try{
keyPairGen=KeyPairGenerator.getInstance（"RSA"）;
}catch（NoSuchAlgorithmExceptione）{
//TODO自动生成的catch块
e.printStackTrace（）;
}
//初始化密钥对生成器,密钥大小为1024位
keyPairGen.initialize（1024）;
//生成一个密钥对，保存在keyPair中
KeyPairkeyPair=keyPairGen.generateKeyPair（）;
//得到私钥
RSAPrivateKeyprivateKey=（RSAPrivateKey）keyPair.getPrivate（）;
//得到公钥
RSAPublicKeypublicKey=（RSAPublicKey）keyPair.getPublic（）;
}
publicRSAPrivateKeygetPrivateKey（）{
returnprivateKey;
}
publicvoidsetPrivateKey（RSAPrivateKeyprivateKey）{
this.privateKey=privateKey;
}
publicRSAPublicKeygetPublicKey（）{
returnpublicKey;
}
publicvoidsetPublicKey（RSAPublicKeypublicKey）{
this.publicKey=publicKey;
}
publicbyte[]encrypt（RSAPublicKeypublicKey,byte[]srcBytes）{
if（publicKey!
=null）{
try{
//Cipher负责完成加密或解密工作，基于RSA
Ciphercipher=Cipher.getInstance（"RSA"）;
//根据公钥，对Cipher对象进行初始化
cipher.init（Cipher.ENCRYPT_MODE,publicKey）;
//加密，结果保存进resultBytes
byte[]resultBytes=cipher.doFinal（srcBytes）;
returnresultBytes;
}catch（Exceptione）{
e.printStackTrace（）;
}
}
returnnull;
}
publicbyte[]decrypt（RSAPrivateKeyprivateKey,byte[]encBytes）{
if（privateKey!
=null）{
try{
Ciphercipher=Cipher.getInstance（"RSA"）;
//根据私钥，对Cipher对象进行初始化
cipher.init（Cipher.DECRYPT_MODE,privateKey）;
//解密，结果保存进resultBytes
byte[]decBytes=cipher.doFinal（encBytes）;
returndecBytes;
}catch（Exceptione）
{
e.printStackTrace（）;
}
}
returnnull;
}
publicstaticvoidmain（String[]args）throwsException{
//密钥对生成器KeyPairGenerator工厂，非对称加密算法：
RSA,DSA
KeyPairGeneratorkpg=KeyPairGenerator.getInstance（"RSA"）;
//制定密钥长度
kpg.initialize（1024）;
//生成密钥对
KeyPairkp=kpg.genKeyPair（）;
PublicKeypbkey=kp.getPublic（）;
PrivateKeyprkey=kp.getPrivate（）;
FileOutputStreamf1=newFileOutputStream（"A/Skey_RSA_pub.dat"）;
ObjectOutputStreamb1=newObjectOutputStream（f1）;
b1.writeObject（pbkey）;
FileOutputStreamf2=newFileOutputStream（"B/Skey_RSA_priv.dat"）;
ObjectOutputStreamb2=newObjectOutputStream（f2）;
b2.writeObject（prkey）;
Skey_RSArsa=newSkey_RSA（）;
Stringmsg="rsa_安全编程技术";
System.out.println（"明文是:
"+msg）;
//KeyPairGenerator类用于生成公钥和私钥对，基于RSA算法生成对象
KeyPairGeneratorkeyPairGen=KeyPairGenerator.getInstance（"RSA"）;
//初始化密钥对生成器,密钥大小为1024位
keyPairGen.initialize（1024）;
//生成一个密钥对，保存在keyPair中
KeyPairkeyPair=keyPairGen.generateKeyPair（）;
//得到私钥
RSAPrivateKeyprivateKey=（RSAPrivateKey）keyPair.getPrivate（）;
//得到公钥
RSAPublicKeypublicKey=（RSAPublicKey）keyPair.getPublic（）;
//用公钥加密
byte[]srcBytes=msg.getBytes（）;
byte[]resultBytes=rsa.encrypt（publicKey,srcBytes）;
Stringresult=newString（resultBytes）;
System.out.println（"用公钥加密后密文是:
"+result）;
//用私钥解密
byte[]decBytes=rsa.decrypt（privateKey,resultBytes）;
Stringdec=newString（decBytes）;
System.out.println（"用私钥解密后结果是:
"+dec）;
}
}
//公钥加密
packageRSA;
importjava.security.interfaces.RSAPublicKey;
importjava.math.*;
importjava.io.*;
publicclassEnc_RSA{
publicstaticvoidmain（String[]args）throwsException{
BufferedReaderin=newBufferedReader（newInputStreamReader（newFileInputStream（"A/Key.dat"）））;
Strings=in.readLine（）;
FileInputStreamf=newFileInputStream（"A/Skey_RSA_pub.dat"）;
ObjectInputStreamb=newObjectInputStream（f）;
//公钥转换为RSA公钥
RSAPublicKeypbk=（RSAPublicKey）b.readObject（）;
//获取公钥参数：
公钥对应的整数e，用于取模的整数n
BigIntegere=pbk.getPublicExponent（）;
BigIntegern=pbk.getModulus（）;
System.out.println（"e="+e）;
System.out.println（"n="+n）;
byteptext[]=s.getBytes（"UTF8"）;
BigIntegerm=newBigInteger（ptext）;
BigIntegerc=m.modPow（e,n）;
System.out.println（"c="+c）;
Stringcs=c.toString（）;
BufferedWriterout=
newBufferedWriter（newOutputStreamWriter（
newFileOutputStream（"Enc_RSA.dat"）））;
out.write（cs,0,cs.length（））;
out.close（）;
}
}
//私钥解密
packageRSA;
importjava.security.interfaces.*;
importjava.math.*;
importjava.io.*;
publicclassDec_RSA{
publicstaticvoidmain（String[]args）throwsException{
BufferedReaderin=newBufferedReader（
newInputStreamReader（
newFileInputStream（"Enc_RSA.dat"）））;
Stringctext=in.readLine（）;
BigIntegerc=newBigInteger（ctext）;
FileInputStreamf=newFileInputStream（"B/Skey_RSA_priv.dat"）;
ObjectInputStreamb=newObjectInputStream（f）;
RSAPrivateKeyprk=（RSAPrivateKey）b.readObject（）;
BigIntegerd=prk.getPrivateExponent（）;
BigIntegern=prk.getModulus（）;
System.out.println（"d="+d）;
System.out.println（"n="+n）;
BigIntegerm=c.modPow（d,n）;
System.out.println（"m="+m）;
byte[]mt=m.toByteArray（）;
System.out.println（"PlainTextis"）;
for（inti=0;iSystem.out.print（（char）mt[i]）;
FileOutputStreamf1=newFileOutputStream（"B/Key.dat"）;
ObjectOutputStreamb1=newObjectOutputStream（f1）;
b1.writeObject（m）;
}
}
}
//图形界面
packageDec;
/*
*Window.java
*
*Createdon__DATE__,__TIME__
*/
importjava.io.IOException;
importjava.security.interfaces.RSAPublicKey;
importjava.util.Scanner;
/**
*
*@author__USER__
*/
publicclassWindowextendsjavax.swing.JFrame{
/**CreatesnewformWindow*/
pu
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