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1、课程设计报告题目：SPN和RSA密码算法的快速实现与安全性分析课程名称：密码学专业班级：信息安全1302班学号：姓名：指导教师：报告日期：2015.10.9计算机科学与技术学院目录一．实验目的1二．实验内容及基本要求1三．实验原理13.1、分组密码SPN13.2、RSA的加/解密及快速加/解密53.3、随机性检测6四．实验过程64.1、原始SPN64.1.1SPN加密64.1.2线性密码分析84.1.3差分密码分析94.2、RSA的加/解密及快速加/解密114.2.1生成大素数114.2.2运用模重复平方的RSA加/解密124.2.3运用蒙哥马利的RSA快速加解密134.2.
2、4运用中国剩余定理的RSA解密154.3、随机性检测16五．实验结果165.1、SPN165.2、RSA的加/解密及快速加/解密175.3、文件加解密175.4、随机性检测18六实验小结20一．一．实验目的通过课程设计加强学生对加解密具体知识的理解，提高学生对密码学这门课程的认识。同时锻炼学生的实践动手能力，使同学们具有简单加解密以及密码分析的能力。二．实验内容及基本要求（1）原始SPN（教材上）算法的实现。（2）对上述算法进行线性密码分析及差分密码分析（求出所有32比特密钥）。（3）增强以上SPN的安全性（如增加分组的长度、密钥的长度、S盒、轮数等）。（4）对原始及增强的S
3、PN进行随机性检测，对检测结果进行说明。（5）生成RSA算法的参数（如p、q、N、私钥、公钥等）。（6）快速实现RSA（对比模重复平方、蒙哥马利算法和中国剩余定理）。（7）结合RSA和增强后的SPN实现文件（或通信）的加解密。（8）掌握线性、差分分析的基本原理与方法。（10）体会位运算、预计算在算法快速实现中的作用。（11）可借助OpenSSL、GMP、BIGINT等大数运算库的低层基本函数，实现过（12）程中必须体现模重复平方、中国剩余定理和蒙哥马利算法的过程。（13）独立完成课程设计内容，现场演示并讲解。（14）课程设计完成后一周内，提交课程设计报告。三．实验原理3.1、
4、分组密码SPN（1）迭代密码迭代密码的核心是一个密钥编排方案和一个轮函数密钥编排方案对密钥k进行变换，生成Nr个子密钥(也叫轮密钥)，记为k1,k2,...,kNr轮函数g是一个状态加密函数，以ki为密钥对当前状态wr-1进行变换，输出新的状态值wr，即g(wr-1,ki)=wr；轮函数是单射函数，存在一个逆变换g-1，有g-1(wr,ki)=wr-1迭代密码的加密为将密钥k编排成Nr个轮密钥k1,k2,...,kNr，将明文x定义为初始状态w0，经过Nr轮变换得到wNr为密文y，即w0=x,w1=g(w0,k1),w2=g(w1,k2),...wNr-1=g(wNr-2,k
5、Nr-1),wNr=g(wNr-1,kNr)y=wNr20迭代密码的解密为将密文y定义为初始状态wNr，经过Nr轮逆变换得到w0为明文x，即y=wNr,wNr-1=g-1(wNr,kNr)，wNr-2=g-1(wNr-1,kNr-1)...w1=g-1(w2,k2),w0=g-1(w1,k1),x=w0（2）代替-置换网络(Substitution-PermutationNetwork)代替-置换网络(Substitution-PermutationNetwork)是一种简单的迭代密码。处理的明文单元和状态值长度为l×m，轮函数g包括两个核心变换——代替和置换，分别记为πs和
6、πp，有πs:{0,1}l→{0,1}lπp:{1,2,...,lm}→{1,2,...,lm}在进行轮函数变换前，先用轮密钥和状态值进行异或(称为白化)（3）SPN密码体制设计设l,m,Nr是正整数,P=C={0,1}lmK⊆({0,1}lm)Nr+1是由初始密钥k用密钥编排算法生成的所有可能的密钥编排方案集合，一个密钥编排方案记为(k1,k2,...,kNr+1)状态值w长度为l×m，记为w1,w2,...,wlm；w可以看成m个长度为l的子串连接而成，记为w=w<1>,w<2>,...,w，其中w=w(i-1)l+1,w(i-1)l+2,...,w(i-1)
7、l+l加密过程使用如下算法描述：w0=xforr=1toNr-1{ur=wr-1⊕kr//白化fori=1tom{vr=πs(ur)//代替}wr=(vrπp(1),vrπp(2),...,vrπp(lm))//置换}uNr=wNr-1⊕kNrfori=1tom{vNr=πs(uNr)//代替}y=vNr⊕kNr+1//白化returny具体加密过程如图3.1所示：20图3.1SPN加密过程示例（4）线性密码分析线性密码分析，是通过分析S盒的线性特性，从而发现明文比特、密文比特和
