广工物联网信息安全实验报告文档格式.docx
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三、实验原理
假设所有发送及接收节点均工作在同一信号，很明显，如果发送的数据是明文的话，则每个节点均可监听到其他节点发送的数据。
若不希望信息被XX的节点所监听，可采用加密算法实现保密性。
四、实验内容
1）本实验程序可在《指导书》4.4节程序上进行修改，可节约时间。
信道编号不用更改。
2）增加一个替换密码表产生函数KeyGenerator（）。
/*密码表产生函数*/
voidKeyGenerator（uint8*Key,unsignedintseed）
{
inti,j,k;
chart;
for（i=0;
i<
26;
i++）Key[i]=97+i;
//密码表初始化
for（k=0;
k<
100;
k++）
{
j=seed%26;
i=k%26;
//得到交换顺序
t=Key[j];
Key[j]=Key[i];
Key[i]=t;
//交换字母
seed=seed*（seed+7）-13;
//随机发生器
}
}
3）增加一个加密函数Encrytion（）。
仅对明文中小写英文字母进行加密，其他字符不变。
/*加密函数*/
voidEncrytion（uint8*PlainText,uint8*CipherText,uint8*Key,intTextLen）
inti;
TextLen;
i++）
if（PlainText[i]>
=97&
&
PlainText[i]<
=122）
CipherText[i]=Key[PlainText[i]-97];
else
CipherText[i]=PlainText[i];
4）增加一个发送数据函数rfSendData（）。
发送节点每隔1s发送一次数据
/*发送数据函数*/
voidrfSendData（void）
uint8PlainText[]={'
h'
'
e'
l'
o'
1'
5'
\r'
\n'
};
//待发送的数据
uint8Key[26];
//密码表
uint8CipherText[sizeofPlainText];
KeyGenerator（Key,12）;
//12为种子，可随意更改
Encrytion（PlainText,CipherText,Key,sizeofPlainText）;
//加密产生密文
while（TRUE）{
basicRfSendPacket（RECV_ADDR,PlainText,sizeofPlainText）;
//发送数据
halMcuWaitMs（1000）;
上面的PlainText[]数组中第6、7字节改为各实验小组的组号。
KeyGenerator（Key,12）;
中的12为种子值，各实验小组可随意更改。
5）修改接收数据函数rfRecvData（）。
接收节点不断接收各个发送节点发送的信息，并通过串口显示。
/*接收数据函数*/
voidrfRecvData（void）
uint8pRxData[128];
//用来存放接收到的数据
intrlen;
basicRfReceiveOn（）;
//打开接收器
while（TRUE）{
while（!
basicRfPacketIsReady（））;
//等待直到数据准备好
rlen=basicRfReceive（pRxData,sizeofpRxData,NULL）;
//接收数据
if（rlen>
0）{//接收到数据
printf（pRxData）;
}
6）修改主函数main（）。
将main（）中的如下语句部分修改。
#ifNODE_TYPE
rfSendData（）;
#else
rfRecvData（）;
#endif
五、实验步骤
1）将工程文件main.c中的节点类型变量NODE_TYPE的值设置为1，选择Project->
RebuildAll重新编译工程；
将CC2530仿真器连接到第1个CC2530节点板，上电CC2530节点板，然后点击菜单Project->
Downloadanddebug下载程序到此节点板。
此节点以下称为发送节点。
2）将工程文件main.c中节点类型变量NODE_TYPE第值设置为0，选择Project->
RebuildAll重新编译工程。
将CC2530仿真器连接到第2个CC2530节点板，上电CC2530节点板，然后点击菜单Project->
此节点以下称为接收节点。
3）将发送节点，上电并复位。
4）将接收节点通过串口线连接到PC上，打开串口调试助手，配置串口助手波特率为19200。
上电并复位接收节点，可看到串口上打印出信道监听接收到的数据。
这时候数据应该是明文。
5）修改发送函数rfSendData（）。
将basicRfSendPacket（RECV_ADDR,PlainText,sizeofPlainText）;
更改为basicRfSendPacket（RECV_ADDR,CipherText,sizeofCipherText）;
6）重复上面第1步，更新发送节点程序。
7）将发送节点上电并复位。
8）将串口移至接收节点。
上电并复位接收节点，注意观察串口上打印的结果。
9）自己编写一个解密函数
voidDecrytion（uint8*CipherText,uint8*PlainText,uint8*Key,intTextLen）;
10）更改接收数据函数rfRecvData（）。
对每次接收到的信息，先进行解密，再通过串口打印。
（注意：
解密时所用的密码表必须与加密时所用的密码表相同才能正确解密。
决定密码表的因素为seed值。
）
六、实验结果
实验的结果注意观察三种情况并对比。
1）发送数据均采用明文。
2）发送数据采用密文，但接收数据没有解密。
3）发送数据采用密文，接收数据后解密。
结果图1——自己编写的解密函数：
结果图2——改写的接收数据函数rfRecvData（）：
结果图3——发送数据均采用明文：
结果图4——发送数据采用密文，但接收数据没有解密：
结果图5——发送数据采用密文，接收数据后解密：
七、实验总结
经过本次实验，我掌握了常规加密算法中替换算法的原理，能够自己完成编写解密函数和相应地修改接收函数，更深刻理解了加密算法和解密算法的运作。
此外，在发送明文时要注意在发送的数据末尾加上结束符'
\0'
，否则会出现乱码情况。
实验三消息认证实验
掌握消息摘要Hash算法的原理。
掌握消息认证的方法。
假设所有发送及接收节点均工作在同一信号，每个节点均可监听到其他节点发送的数据。
如何确信消息是来源声称的身份所发送的？
同时，如何确保消息在传输过程中没有收到篡改？
解决方法是采用消息认证机制。
四、实验步骤
2）增加下列三个函数和有关定义。
#defineMD_LEN5//消息摘要长度，字节（40bit）
//简化版的消息摘要，长度为5字节
#defineBLOCK_SIZE16//Hash处理的块长度，字节（128bit）
//简化版的SHA处理数据块大小，长度为16字节
//字节循环左移函数
uint8crol（uint8c,uint8b）
{
uint8left=c<
<
b;
uint8right=c>
>
（8-b）;
uint8temp=left|right;
returntemp;
}
//简化版的SHA函数
voidHashTransfer（uint8*yText,uint8*MD）
uint8A=MD[0],B=MD[1],C=MD[2],D=MD[3],E=MD[4];
uint8TA,TB,TC,TD;
20;
i++）//只做20步，用一个逻辑函数
TA=A;
TB=B;
TC=C;
TD=D;
A=crol（A,3）+（B&
C）|（~B&
D）+E+yText[i%MD_LEN];
B=TA;
C=crol（TB,6）;
D=TC;
E=TD;
MD[0]=MD[0]^A;
MD[1]=MD[1]^B;
MD[2]=MD[2]^C;
MD[3]=MD[3]^D;
MD[4]=MD[4]^E;
//消息摘要函数
voidHash（uint8*Text,uint8*MD,intTextLen）
intleftLen=TextLen;
uint8yText[BLOCK_SIZE];
uint8IV[MD_LEN]={'
\x67'
'
\xEF'
\x98'
\x10'
\xC3'
memcpy（MD,IV,MD_LEN）;
//初始化MD
//简化版的分块，不足一个分块大小的后面补0
（TextLen/BLOCK_SIZE+1）;
if（leftLen/BLOCK_SIZE!
=0）
{
memcpy（yText,Text+i*BLOCK_SIZE,BLOCK_SIZE）;
memcpy（yText,Text+i*BLOCK_SIZE,leftLen）;
memset（yText+leftLen,0,BLOCK_SIZE-leftLen）;
//简化版SHA转换
HashTransfer（yText,MD）;
leftLen=leftLen-BLOCK_SIZE;
3）增加一个发送数据函数rfSendData（）。
发送节点每隔1s发送一次数据。
发送数据的格式为：
字段名称
消息内容长度
消息内容
HMAC
长度（字节）
1
2~256
5
代码：
uint8PlainText[]={"
No.15:
GuangdongUniversityofTechnology.\n"
};
//待发送的数据
uint8MD[MD_LEN];
uint8pTxData[128];
//用来存放发送数据
Hash（PlainText,MD,sizeofPlainText）;
//产生消息摘要
pTxData[0]=sizeofPlainText;
memcpy（pTxData+1,PlainText,sizeofPlainText）;
memcpy（pTxData+（sizeofPlainText）+1,MD,MD_LEN）;
basicRfSendPacket（RECV_ADDR,pTxData,（sizeofPlainText）+6）;
4）修改接收数据函数rfRecvData（）。
uint8Len;
unsignedcharFlag;
注意：
这个时候pRxData是不是字符串？
里面是否含有非ASCII字符？
为什么？
5）编写一个消息摘要认证函数MDCertify（）。
其中省略号部分自己填充完成。
/*消息认证函数*/
unsignedcharMDCertify（uint8*Msg,uint8*MD,uint8Len）
uint8MDx[MD_LEN];
unsignedcharret;
//认证的结果，1:
正确，0:
不正确
Hash（Msg,MDx,Len）;
……//比较MD和MDx
returnret;
6）修改接收数据函数rfRecvData（），添加如下代码。
接收节点不断接收各个发送节点发送的信息，然后认证MAC，并通过串口显示认证结果。
printf（pRxData）;
Len=*pRxData;
//获得消息内容的长度
Flag=MDCertify（pRxData+1,pRxData+1+Len,Len）;
//认证消息
if（Flag）
printf（"
Correct!
\n"
）;
else
Incorrect!
（1）上面代码应该放在函数rfRecvData（）的什么地方，请自行思考。
（2）如果希望串口输出不要出现乱码（非ASCII字符），上面的代码应该如何修改？
7）上面的消息认证过程中没有使用任何密钥，请自行修改代码，在消息的前面增加一个字节作为秘密值。
这个秘密值各个小组可自行设定。
发送节点的参考代码：
uint8secret=15;
//秘密值可修改，如自己的组号
uint8Text[（sizeofPlainText）+1];
Text[0]=secret;
for（i=0;
（sizeofPlainText）;
Text[i+1]=PlainText[i];
Hash（Text,MD,（sizeofPlainText）+1）;
此时，接收节点先不用更改，观察消息认证是否正确。
8）接收节点收到消息之后，同样需要在消息的前面增加一个字节的秘密值，然后才进行消息认证。
修改消息摘要认证函数MDCertify（）。
增加一个形参secret。
unsignedcharMDCertify（uint8*Msg,uint8*MD,uint8Len,uint8secret）;
要求在消息认证函数里面，可以使用secret参数参与MD的计算。
五、实验结果
实验的结果注意观察下列情况，并对比（截图保存）。
1）发送节点发送消息，接收节点接收后显示，对应步骤4。
2）发送节点发送消息，接收节点接收后验证消息并显示，对应步骤6。
3）发送节点使用秘密值计算MD，但接收节点没有使用秘密值或者不知道秘密值，对应步骤7。
4）发送节点使用秘密值计算MD，接收节点使用相同的秘密值认证消息，对应步骤8。
对实验结果中出现乱码（非ASCII字符）的情形，要说明为什么出现？
六、实验总结
经过本次实验，我较为熟练地掌握了消息摘要Hash算法的原理和消息认证的方法，能够自己完成编写一个消息摘要认证函数，并且学会了在消息认证过程中如何进行加密。
实验四公钥加密算法实验
掌握消息RSA密钥生成和加密算法的原理。
RSA算法的关键是生成公钥私钥对。
本实验采用了一个简化的算法，通过一个给定的seed（实验组号）搜索两个不同的素数（100以内），并计算出公钥PubliceKey（e，n）和私钥PrivateKey（d，n）。
RSA加/解密公式为C=Pemodn和P=Cdmodn，其中的幂指数运算速度慢，可采用下面的公式进行转换：
C=Pemodn=（（...（（P*Pmodn）*Pmodn）*Pmodn）......）*Pmodn
此外，RSA算法的明文和密文均为0到n-1之间的整数，而一般传送消息的长度单位为字节（8bits），n的大小与消息长度难以匹配。
因此，本实验采用如下的特殊处理方法：
（1）令选定公钥/私钥的n值小于65536，即n值小于16bits的二进制。
（2）将消息的每个字节（8bits）作为一个明文块。
（3）每个明文块进行RSA加密后，得到的密文块为16bits，用2个字节存放。
即密文的长度为明文的2倍。
（4）接收方收到的密文，按2个字节为一个密文块进行RSA解密，解密后的结果只保留低8bits。
2）增加下列有关公钥和私钥的定义（全局定义）。
typedefstruct
unsignedinte;
unsignedintn;
}RSA_PUBLICKEY;
unsignedintd;
}RSA_PRIVATEKEY;
RSA_PUBLICKEYPu;
RSA_PRIVATEKEYPr;
}RSA_KEY;
3）增加一个RSA公钥/私钥产生函数。
RSA_KEYCreateRSAKey（unsignedintseed）
RSA_KEYRSAKey;
unsignedinti,j;
unsignedinta,b,temp;
unsignedintp=0,q=0,fi=0;
i=（seed*71-17）%29+11;
//产生第一个素数搜索的初始值，只搜索11~39
//搜索素数p
while（p==0）{
for（j=2;
j<
=i/2-1;
j++）
if（i%j==0）break;
if（j>
（i/2-1）&
p==0）
p=i;
i=（i-10）%29+11;
i=（seed*171-51）%29+11;
//产生第二个素数搜索的初始值，只搜索11~39
//搜索素数q
while（q==0）{
i!
=p&
q==0）
q=i;
RSAKey.Pu.n=p*q;
RSAKey.Pr.n=p*q;
fi=（p-1）*（q-1）;
//找出一个小于fi且与fi互素的e
for（i=3;
fi;
i++）{
a=fi;
b=i;
while（b!
=0）{//使用辗转相除法，判断是否互素
temp=b;
b=a%b;
a=temp;
if（a==1）{
RSAKey.Pu.e=i;
break;
//计算d
j=1;
while（（fi*j+1）%RSAKey.Pu.e!
=0）j++;
RSAKey.Pr.d=（fi*j+1）/RSAKey.Pu.e;
//printf（"
p=%d,q=%d,"
p,q）;
e=%d,d=%d,n=%d\n"
RSAKey.Pu.e,RSAKey.Pr.d,RSAKey.Pu.n）;
returnRSAKey;
4）增加一个RSA加密函数。
//RSA加密函数，PlainText为8bit数组，CipherText为16bits数组，Len为PlainText长度
voidRSA_Encrypt（RSA_PUBLI
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