实验二 流密码实验Word文件下载.docx
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4、掌握RC4流密码的加解密过程和实现方法
实验环境：
SimpleISES客户端
MicrosoftCLRDebugger2005或其它调试器
实验原理：
RC4是1987年RonRivest为RSA公司设计的一种流密码，是一个面向字节操作、具有密钥长度可变特性的流密码，是目前为数不多的公开的流密码算法。
目前的RC4至少使用128位的密钥。
RC4的算法可简单描述为：
对于n位长的字，有共N=2n个可能的内部置换状态矢量S=S[0],S[1],…,S[N-1]，这些状态是保密的。
密钥流K由S中的2n个元素按一定方式选出一个元素而生成，每生成一个密钥值，S中的元素就重新置换一次，自始至终置换后的S包含从0到N-1的所有n比特数。
RC4有两个主要算法：
密钥调度算法KSA和伪随机数生成算法PRGA。
KSA算法的作用是将一个随机密钥变换成一个初始置换，及相当于初始化状态矢量S，然后PRGA利用KSA生成的初始置换生成一个伪随机数出序列。
密钥调度算法KSA的算法描述如下：
fori=0toN-1do
S[i]=i;
K[i]=K[imodL];
j=0;
j=（j+S[i]+K[i]）modN;
swap（S[i],S[j]）;
初始化时，S中元素的值被设置为0到N-1，密钥长度为L个字节，从S[0]到S[N-1]对于每个S[i]根据有密钥K确定的方案，将S[i]置换为S中的另一个元素。
伪随机数生成算法PRGA的算法描述如下：
i=0;
while（true）
i=（i+1）modN;
j=（j+S[i]）modN;
swap（S[i],S[j]）;
t=（S[i]+S[j]）modN
outputk=S[t];
PRGA算法主要完成密钥流的生成，从S[0]到S[N-1]，对每个S[i]，根据当前S的值，将S[i]与S中的另一个元素置换，当S[N-1]完成置换后，操作再从S[0]开始重复。
加密时将K值与下一个明文字节异或；
解密时将K值与下一密文字节异或。
实验内容：
1、通过SimpleISES客户端演示RC4算法的加解密计算
2、采用自己熟悉的编程语言实现RC4密码算法
实验步骤与结果：
1.已脱离实验室环境无法截图
2.RC4算法的实验
代码如下：
/**
*RC4加密算法从命令行参数读取文件名加密再解密
*/
importjava.io.*;
importjava.util.Date;
publicclassRC4{
privatestaticfinalintLENGTH_OF_S=256;
privatestaticfinalStringKEY="
123"
;
privatestaticint[]S=newint[LENGTH_OF_S];
//S盒子
/***
*快速交换函数
*
*@parama交换的第一个数
*@paramb交换的第二个数
*/
privatestaticvoidswap（inta,intb）{
a=a^b;
b=a^b;
}
*根据密钥来生产加密盒子S
*
*@paramK密钥
privatestaticvoidinitS（StringK）{
intj=0;
int[]T=newint[LENGTH_OF_S];
/*S的初始化*/
for（inti=0;
i<
LENGTH_OF_S;
i++）{
S[i]=i;
T[i]=（int）K.charAt（i%K.length（））;
/*S的初始置换*/
j=（j+S[i]+T[i]）%LENGTH_OF_S;
swap（S[i],S[j]）;
*加密和解密文本型文件
*@paramP密文或者明文
*@return明文或者密文
privatestaticStringcodeTheString（StringP）{
inti=0,j=0,l=0,t=0,tmp=0;
chark;
StringBuilderK=newStringBuilder（）;
while（l<
P.length（））{
i=（i+1）%LENGTH_OF_S;
j=（j+S[i]）%LENGTH_OF_S;
t=（S[i]+S[j]）%LENGTH_OF_S;
tmp=（int）P.charAt（l）^S[t];
k=（char）tmp;
K.append（k）;
l++;
returnK.toString（）;
*加密和解密二进制文件
privatestaticStringcodeTheFile（StringP）{
inti=0,j=0,l=0;
intt;
bytetmp;
byte[]p=P.getBytes（）;
byte[]k=newbyte[p.length];
p.length）{
tmp=（byte）（P.charAt（l）^S[t]）;
k[l]=tmp;
returnnewString（k）;
*主函数将命令行第一个参数作为文件名，加密该文件并生成密文文件和解密文件。
*@paramargs命令行参数
publicstaticvoidmain（String[]args）{
if（args.length==0）{
System.out.println（"
您调用main方法时没有指定任何参数！
"
）;
return;
initS（KEY）;
//初始化S;
Filehere=newFile（"
./"
StringfileName=args[0];
Filefile=null;
Stringpath=null;
/*获取当前路径和明文文件*/
try{
path=here.getCanonicalPath（）;
file=newFile（path+'
/'
+fileName）;
if（!
file.exists（））{
文件不存在!
}catch（IOExceptione）{
e.printStackTrace（）;
/*获取密文文件和解密文件*/
File_file=newFile（path+'
+fileName+"
-outM"
File__file=newFile（path+'
-outP"
_file.createNewFile（）||!
__file.createNewFile（））{
检测到文件已经存在，将覆盖内容"
assertfile!
=null;
BufferedReaderpReader=newBufferedReader（newFileReader（file））;
//明文输入字符流
BufferedWritermWriter=newBufferedWriter（newFileWriter（_file））;
//密文输出字符流
BufferedReadermReader=newBufferedReader（newFileReader（_file））;
//密文输入字符流
BufferedWriterppWriter=newBufferedWriter（newFileWriter（__file））;
//密文输出字节流
StringBuilderfileBufferP=newStringBuilder（）;
StringBuilderfileBufferPP=newStringBuilder（）;
/*加密过程*/
intc;
while（（c=pReader.read（））!
=-1）{
fileBufferP.append（（char）c）;
longbeginOfEncode=newDate（）.getTime（）;
StringM=codeTheString（fileBufferP.toString（））;
//生成密文
longendOfEncode=newDate（）.getTime（）;
mWriter.write（M）;
//写入密文文件
mWriter.flush（）;
mWriter.close（）;
/*解密过程*/
while（（c=mReader.read（））!
fileBufferPP.append（（char）c）;
longbeginOfDecode=newDate（）.getTime（）;
StringP=codeTheString（fileBufferPP.toString（））;
//生成明文
longendOfDecode=newDate（）.getTime（）;
ppWriter.write（P）;
//写入解密文件
ppWriter.flush（）;
ppWriter.close（）;
pReader.close（）;
mReader.close（）;
加密共消耗"
+（double）（endOfEncode-beginOfEncode）/1000.0+"
s."
解密共消耗"
+（double）（endOfDecode-beginOfDecode）/1000.0+"
}
效果演示：
设置命令行参数为1
文件1
运行程序
因为1-outM和1-outP已经于先前生成将覆盖
文件1-outM
文件1-outP
实验结论：
加密速度为11.5Mbit/0.373s=30.83Mbit/S
解密速度为11.5Mbit/0.189s=60.84Mbit/S
平均速度为23Mbit/（0.373s+0.189s）=40.93Mbit/s
经过研究只用codeTheString函数和字符流只能加密文本因为我用String序列化了这些字节所以加密二进制文件的时候会出错
然而使用codeTheFile函数和字节流能加密二进制文件，但是在加密文本型文档的时候将会丢失编码信息，导致英文和数字能正常显示，中文变成了乱码
因此分开使用了两个函数和字节流
指导教师批阅意见：
成绩评定：
指导教师签字：
年月日
备注：
注：
1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。
2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。
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