AES加密算法实验报告.docx
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AES加密算法实验报告
四川大学计算机学院、软件学院
实验报告
学号：
姓名：
专业：
班级：
第10周
课程名称
密码学与网络安全
实验课时
2
实验项目
AES加密算法
实验时间
2015.5.7
实验目的
完成AES加密算法，实现图片加密与解密，并将加密后的结果以图片格式保存。
实验环境
PC机，Windows7操作系统，VisualC++6.0
实验内容（算法、程序、步骤和方法）
一、简介
美国国家标准技术研究所在2001年发布了高级加密标准（AES）。
AES是一个对称加密算法，旨在取代DES成为广泛使用的标准。
AES中的所有运算都是在8为的字节上运行的。
特别饿，加减乘除算术都是在有限域GF（28）上运行的。
二、程序特点
本次试验中要求对图片进行加密与解密，并将加密结果以图片格式进行保存。
因此为了实现对图片的调度及保存，使用头文件atlimage.h进行对图片的操作，实现对图片的像素读取，图片的保存。
在程序运行读取需要加密的图片时，需要进行图片的选取，本次实验中使用在弹窗中选取文件的方式，使用头文件commdlg.h来实现在文件夹中选择需要的文件的选取。
三、加密算法流程
AES加密算法流程如下
字节代替：
用一个S盒完成分组的字节到字节的代替；
行移位：
进行一次行上的置换；
列混合：
利用有限域GF（28）上的运算特性的一个代替；
轮密钥加：
当前分组和扩展密钥的一部分进行按位异或。
四、代码实现
cryptograph.h
#include
#include
classplaintext
{
public:
plaintext（）;
staticvoidcreateplaintext（unsignedchara[]）;
staticvoidSubBytes（unsignedcharp[16]）;
staticvoidinSubBytes（unsignedcharp[16]）;
staticvoidShiftRows（unsignedchare[]）;
staticvoidinShiftRows（unsignedchare[]）;
staticvoidMatrixToByte（unsignedchare[]）;
staticvoidinMatrixToByte（unsignedchare[]）;
staticunsignedcharFFmul（unsignedchara,unsignedcharb）;
staticvoidKeyAdding（unsignedcharstate[16],unsignedchark[][4]）;
staticvoidKeyExpansion（unsignedchar*key,unsignedcharw[][4][4]）;
~plaintext（）;
private:
};
cryptograph.cpp
#include"cryptography.h"
usingnamespacestd;
staticunsignedcharsBox[]={};/定义加密S盒/
unsignedcharinsBox[256]={};//定义解密S盒
plaintext:
:
plaintext（）
{
}
voidplaintext:
:
createplaintext（unsignedchara[]）//创建明文
{
inti=0;
unsignedintp[16];
for（intj=0;j<200;j++）
{
if（a[j]==0）
{
break;
}
}
for（;i<16;i++）
{
p[i]=a[i];
a[i]=a[i+16];
}
}
voidplaintext:
:
SubBytes（unsignedcharp[16]）//字节变换函数
{
unsignedcharb[16];
for（inti=0;i<16;i++）
{
b[i]=sBox[（int）p[i]];
}
}
voidplaintext:
:
inSubBytes（unsignedcharp[16]）//逆字节变换函数
{
unsignedcharb[16];
for（inti=0;i<16;i++）
{
b[i]=insBox[（int）p[i]];
}
}
voidplaintext:
:
ShiftRows（unsignedchare[]）//行移位变换函数
{
unsignedchart[4];
for（inti=1;i<4;i++）
{
for（intx=0;x<4;x++）
t[x]=e[x+i*4];
for（inty=0;y<4;y++）
e[（y+4-i）%4+i*4]=t[y];
}
}
voidplaintext:
:
inShiftRows（unsignedchare[]）//逆行移位变换函数
{
unsignedchart[4];
for（inti=1;i<4;i++）
{
for（intx=0;x<4;x++）
t[x]=e[x+i*4];
for（inty=0;y<4;y++）
e[（y+i）%4+i*4]=t[y];
}
}
voidplaintext:
:
MatrixToByte（unsignedchare[]）//列混合变换函数
{
unsignedchart[4];
intr,c;
for（c=0;c<4;c++）
{
for（r=0;r<4;r++）
{
t[r]=e[r*4+c];
}
for（r=0;r<4;r++）
{
e[r*4+c]=FFmul（0x02,t[r]）
^FFmul（0x03,t[（r+1）%4]）
^FFmul（0x01,t[（r+2）%4]）
^FFmul（0x01,t[（r+3）%4]）;
}
}
}
voidplaintext:
:
inMatrixToByte（unsignedchare[]）//逆列混合变换函数
{
unsignedchart[4];
intr,c;
for（c=0;c<4;c++）
{
for（r=0;r<4;r++）
{
t[r]=e[r*4+c];
}
for（r=0;r<4;r++）
{
e[r*4+c]=FFmul（0x0e,t[r]）
^FFmul（0x0b,t[（r+1）%4]）
^FFmul（0x0d,t[（r+2）%4]）
^FFmul（0x09,t[（r+3）%4]）;
}
}
}
unsignedcharplaintext:
:
FFmul（unsignedchara,unsignedcharb）
{
unsignedcharbw[4];
unsignedcharres=0;
inti;
bw[0]=b;
for（i=1;i<4;i++）
{
bw[i]=bw[i-1]<<1;
if（bw[i-1]&0x80）
{
bw[i]^=0x1b;
}
}
for（i=0;i<4;i++）
{
if（（a>>i）&0x01）
{
res^=bw[i];
}
}
returnres;
}
voidplaintext:
:
KeyAdding（unsignedcharstate[16],unsignedchark[][4]）//轮密钥加
{
intr,c;
for（c=0;c<4;c++）
{
for（r=0;r<4;r++）
{
state[r+c*4]^=k[r][c];
}
}
}
voidplaintext:
:
KeyExpansion（unsignedchar*key,unsignedcharw[][4][4]）//密钥扩展
{
inti,j,r,c;
unsignedcharrc[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0x1b,0x36};
for（r=0;r<4;r++）
{
for（c=0;c<4;c++）
{
w[0][r][c]=key[r+c*4];
}
}
for（i=1;i<=10;i++）
{
for（j=0;j<4;j++）
{
unsignedchart[4];
for（r=0;r<4;r++）
{
t[r]=j?
w[i][r][j-1]:
w[i-1][r][3];
}
if（j==0）
{
unsignedchartemp=t[0];
for（r=0;r<3;r++）
{
t[r]=sBox[t[（r+1）%4]];
}
t[3]=sBox[temp];
t[0]^=rc[i-1];
}
for（r=0;r<4;r++）
{
w[i][r][j]=w[i-1][r][j]^t[r];
}
}
}
}
plaintext:
:
~plaintext（）
{
}
main.cpp
#include
#include
#include//使用文件选取功能
#include"cryptography.h"
usingnamespacestd;
unsignedcharw[11][4][4]={0};
intlen=0;//图片每行需要加密的长度
voidCipher（）;//加密图片
voidinCipher（）;//解密图片
voidCipher（unsignedchara[]）
{
unsignedcharb[16];
for（inti=0;i<（len/16）;i++）
{
for（intj=0;j<16;j++）
b[j]=a[j+i*16];
plaintext:
:
KeyAdding（b,w[0]）;
for（intn=1;n<=10;n++）
{
plaintext:
:
SubBytes（b）;
plaintext:
:
ShiftRows（b）;
if（n!
=10）plaintext:
:
MatrixToByte（b）;
plaintext:
:
KeyAdding（b,w[n]）;
}
for（intm=0;m<16;m++）
a[m+i*16]=b[m];
}
}
voidinCipher（unsignedchara[]）{
unsignedcharb[16];
for（inti=0;i<（len/16）;i++）
{
for（intj=0;j<16;j++）
{
b[j]=a[j+i*16];
}
plaintext:
:
KeyAdding（b,w[10]）;
for（intn=9;n>=0;n--）
{
plaintext:
:
inShiftRows（b）;
plaintext:
:
inSubBytes（b）;
plaintext:
:
KeyAdding（b,w[n]）;
if（n）plaintext:
:
inMatrixToByte（b）;
}
for（intm=0;m<16;m++）
a[m+i*16]=b[m];
}
}
boolImageCopy（constCImage&srcImage,CImage&destImage）
{
inti,j;//循环变量
if（srcImage.IsNull（））
returnFALSE;
//源图像参数
BYTE*srcPtr=（BYTE*）srcImage.GetBits（）;
intsrcBitsCount=srcImage.GetBPP（）;
intsrcWidth=srcImage.GetWidth（）;
intsrcHeight=srcImage.GetHeight（）;
intsrcPitch=srcImage.GetPitch（）;
//销毁原有图像
if（!
destImage.IsNull（））
{
destImage.Destroy（）;
}
//创建新图像
if（srcBitsCount==32）//支持alpha通道
{
destImage.Create（srcWidth,srcHeight,srcBitsCount,1）;
}
else
{
destImage.Create（srcWidth,srcHeight,srcBitsCount,0）;
}
BYTE*destPtr=（BYTE*）destImage.GetBits（）;
intdestPitch=destImage.GetPitch（）;
len=abs（srcPitch）;
for（inti=0;iCipher（srcPtr+i*srcPitch）;
//复制图像数据
for（i=0;i{
memcpy（destPtr+i*destPitch,srcPtr+i*srcPitch,abs（srcPitch））;
}
returnTRUE;
}
boolinImageCopy（constCImage&srcImage,CImage&destImage）
{
inti,j;//循环变量
if（srcImage.IsNull（））
returnFALSE;
//源图像参数
BYTE*srcPtr=（BYTE*）srcImage.GetBits（）;
intsrcBitsCount=srcImage.GetBPP（）;
intsrcWidth=srcImage.GetWidth（）;
intsrcHeight=srcImage.GetHeight（）;
intsrcPitch=srcImage.GetPitch（）;
//销毁原有图像
if（!
destImage.IsNull（））
{
destImage.Destroy（）;
}
//创建新图像
if（srcBitsCount==32）//支持alpha通道
{
destImage.Create（srcWidth,srcHeight,srcBitsCount,1）;
}
else
{
destImage.Create（srcWidth,srcHeight,srcBitsCount,0）;
}
BYTE*destPtr=（BYTE*）destImage.GetBits（）;
intdestPitch=destImage.GetPitch（）;
len=abs（srcPitch）;
for（inti=0;iinCipher（srcPtr+i*srcPitch）;
//复制图像数据
for（i=0;i{
memcpy（destPtr+i*destPitch,srcPtr+i*srcPitch,abs（srcPitch））;
}
returnTRUE;
}
intmain（）
{
unsignedcharkey[16]={//固定密钥
0x77,0x59,0xc5,0xa4,
0x55,0x90,0xa4,0xa3,
0xb2,0xcc,0x01,0xa9,
0xcb,0xac,0x77,0x23};
plaintext:
:
KeyExpansion（key,w）;
TCHARszBuffer[MAX_PATH]={0};//使用文件选取功能
OPENFILENAMEofn={0};
ofn.lStructSize=sizeof（ofn）;
//ofn.hwndOwner=m_hWnd;
ofn.lpstrFilter=_T（""）;//要选择的文件后缀
ofn.lpstrInitialDir=_T（"D:
\\"）;//默认的文件路径
ofn.lpstrFile=szBuffer;//存放文件的缓冲区
ofn.nMaxFile=sizeof（szBuffer）/sizeof（*szBuffer）;
ofn.nFilterIndex=0;
ofn.Flags=OFN_PATHMUSTEXIST|OFN_FILEMUSTEXIST|OFN_EXPLORER;//标志如果是多选要加上OFN_ALLOWMULTISELECT
BOOLbSel=GetOpenFileName（&ofn）;
CImageimage,image2,image3;//读取图片
image.Load（szBuffer）;
ImageCopy（image,image2）;
image2.Save（"e:
/encryption.jpg"）;
inImageCopy（image2,image3）;
image3.Save（"e:
/reencryption.jpg"）;
system（"pause"）;
}
本数据记录
和计算
运行程序，出现选择图片界面
加密结束
原图片加密图片解密图片
结论
（结果）
根据结果显示，程序成功的实现了对图片的加密，得到的加密后的结果仍然为图片，并成功地的解密得到了正确的解密后的图片。
小结
通过本次试验，成功的完成了对AES密码算法的初步编写，了解了AES算法的工作原理。
对于图片加密方面，掌握了新的调用图片的方法，使用头文件atlimage.h大大简化了c++中对图片调用的难度。
同时在文件读取方面使用了头文件commdlg.h，使得程序在使用上更加方便。
指导老师评议
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