《现代密码学》实验报告.docx
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《现代密码学》实验报告
学生姓名骆秀娟
学号0909121906
专业班级计科1204班
指导教师段桂华
学院信息科学与工程学院
完成时间2014年4月25日
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。
DES程序流程图：
⊕
DES运行结果：
AES程序流程图：
轮密钥加
逆字节代替
逆行移位
逆列混合
轮密钥加
逆字节代替
逆行移位
轮密钥加
逆列混合
轮密钥加
逆字节代替
逆行移位
明文
K0K1...Kn-1Kn
K0K1...Kn-1Kn
轮密钥加
字节代替
行移位
轮密钥加
字节代替
行移位
列混合
轮密钥加
字节代替
行移位
列混合
轮密钥加
明文
AES运行结果：
RC4流程图：
RC4运行结果：
[问题讨论]
1.在DES算法中有哪些是弱密钥？
哪些是半弱密钥？
2.改变明文或密钥中的一个比特值可能影响AES值中的多少比特？
3.分析实验中在编辑、编译、运行等各环节中所出现的问题及解决方法。
回答问题
解：
1>弱密钥有以下几种情况：
全0；全1；一半为0，一半为1；
半弱密钥如下：
E01FE01FE01FE01F
FE01FE01FE01FE01
E001E001F101F101
FE1FFE1FFE01FE01
2>改变一个比特值最多改变4个AES值。
3>在RC4实验中，为了将输入的char型密钥分个存储进数组中，刚开始我想把它转化为string型，再存储，但是string型数据不能直接从键盘输入，且最后也要转换存储在char型数组中，但是都有各种问题，最后，直接定义char型数组，再直接向其中输入数据。
实验二公钥密码算法实验
[实验目的]
1.掌握密码学中常用的公钥密码算法RSA、ECC的算法原理。
2.掌握RSA、ECC的算法流程和实现方法。
[实验预备]
1.RSA和ECC密码系统所基于的数学难题是什么？
2.RSA和ECC算法的基本原理。
3.公钥密码系统可以取代对称密码系统吗？
4.RSA和ECC的实现过程。
[实验内容]
1.分析RSA、ECC的实现过程。
2.用程序设计语言将算法过程编程实现
3.完成数据的加密运算和解密运算
输入明文：
security
输入密钥：
cryption
对ASCII码进行加密和解密。
[实验步骤]
1.预习RSA、ECC算法。
2.了解大素数的生成、大数的运算、公钥、私钥的生成。
3.写出算法流程，用程序设计语言将算法过程编程实现。
4.输入指定的明文和密钥进行实验，验证结果。
写出所编写程序的流程图和运行界面、运行结果。
程序流程图：
N
Y
N
Y
运行结果：
[问题讨论]
1.总结算法的特点，分析算法的安全性；
2.分析实验中在编辑、编译、运行等各环节中所出现的问题及解决方法。
回答问题
解：
1>RSA是第一个既能用于数据加密，也能用于数字签名的算法，它易于理解和操作，因而很流行。
RSA的安全性依赖于大素数n的因子分解难题，当n足够大时，可使n的分解无法在多项式时间内完成，因此p、q越大，安全性越高。
但是当用户密钥使用不当，或是攻击者获得e1、e2、n、c1、c2，共用模数n，根据c1=m^e1modn,c2=m^e2modn,若e1，e2互素，则有r*e1+s*e2=1,可以根据（c1^-1）^-r*（c2）^s=m^（r*e1+s*e2）=mmodn,从而得到明文m。
RSA签名算法亦可根据其指数的特点进行攻击，一般攻击者是将某一信息做一下伪装（盲签名思想），再拥有私钥的实体签署，经过计算很容易得到攻击者所想要的信息。
2>由于字母无法进行指数运算，所以需要将字母通过ASCII码转换成数字，再进行指数运算，最后再将数字转化成字符输出。
另由于素数检测函数用的是循环，其时间复杂度太高，如果输入的素数及公钥太大，会一直循环，时间花费太大，所以只能对小素数进行运算。
实验三SKEY协议设计实验
[实验目的]
1.掌握身份认证协议的原理和基本思想。
2.掌握SKEY协议的机制和实现方法。
[实验预备]
1.SKEY协议的作用。
2.SKEY协议的安全性分析。
3.SKEY协议的实现过程。
[实验内容]
1.分析SKEY协议的实现过程。
2.用程序设计语言将算法过程编程实现。
3.演示SKEY协议的身份鉴别过程。
[实验步骤]
1.预习SKEY协议的机制。
2.选择和实现相应的摘要算法MD5或SHA。
3.写出算法流程，用程序设计语言将协议过程编程实现。
4.验证SKEY协议的身份鉴别过程。
写出所编写程序的流程图和运行界面、运行结果。
程序流程图：
不同
相同
是
否
每输入一次活动密钥就验证一次。
运行结果：
100个活动密钥：
输入第100个验证密钥：
[问题讨论]
1.分析SKEY的安全性；
2.分析实验中在编辑、编译、运行等各环节中所出现的问题及解决方法。
回答问题
解：
1>该协议的安全性依赖于MD5算法的单向性，但是若密码简单，攻击者可以通过碰撞的方法有可能构造两个具有相同MD5的信息，也可通过大字典的方法破解MD5，将常用密码进行MD5后建立数据库，然后和MD5数值进行对比，通过这样的方法来“破解”MD5。
2>运行时将x[R]也打印出来了，这是不安全的，故mian函数里的打印循环程序需要更改。
编译时出现LNK2005错误，选择VC菜单Project->Setting->Link->Catagory,选择Input，再在Ignorelibraries的Edit栏中填入需要忽略的库，然后在Object/library Modules的Edit栏中填入正确的库的顺序。
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