网络安全基础实验指导书

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学号姓名同组学生学号同组学生姓名成绩实验一古典密码算法【实验目的】●理解代替密码学加密过程●理置换替密码学加密过程【实验人数】每组2人【系统环境】Windows【网络环境】交换网络结构【实验工具】CIS工具箱——网络信息安全实验的工具集合，该实验使用加密解密工具。【实验原理】见《原理篇》实验一∣练习一。【实验步骤】本练习将主机A和B作为一组，主机C和D作为一组，主机EA和F作为一组.首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。一.手动完成Kaiser密码（1）在实验原理部分我们已经了解了Kaiser密码的基本原理，那么请同学们写出当密钥k=3时,对应明文：datasecurityhasevolvedrapidly的密文：GDWDVHFXULWBKDVHYROYHGUDSLGOB。（2）进入实验平台，单击工具栏中的“工具箱”按钮，打开实验工具箱，在向导区点击“Kaiser密码”。在明文输入区明文：datasecurityhasevolvedrapidly。将密钥K调节到3，查看相应的密文，并与你手动加密的密文进行比较。请根据密钥验证密文与明文对应关系是否正确。二.Kaiser加密（1）本机进入“工具箱”︳“加密解密”︳“Kaiser加密”，在明文输入区输入明文（明文应为英文），单击“加密”按钮进行加密。请将明文记录在这里：asdfghjkl。（2）调节密钥k的微调按钮或者对照表的移位按钮，选择合适的密钥k值，并记下该密钥k值以用于同组主机的解密。加密工作完成后，单击“导出”按钮将密文默认导出到Kaiser共享文件夹（D：WorkEncryptionKaiser）中，默认文件名为Kaiser密文.txt。 （3）通知同组主机接收密文，并将密钥k通告给同组主机。(4)单击“导入”按钮，从共享文件夹中将同组主机的密文导入（即在文件名输入框中填写：\同组主机IPWorkEncryptionKaiserKaiser密文.txt）。（5）调节密钥k的微调按钮或者对照表的移位按钮将k设为同组主机加密时的密钥k值，这时解密已经成功。请将明文写出：asdfghjkl。（6）主机B将解密后的明文与主机A记录的明文比较，请对比明文是否相同。三.Kaiser密码分析（1）本机进入“工具箱”︳“加密解密”︳“Kaiser加密”，在明文输入区输入明文（要求明文有一定的意义以便让同组主机分析）。请将明文记录在这里：WQNMLGBBB。（2）调节密钥k的微调按钮或者对照表的移位按钮，选择合适的密钥k值完成Kaiser加密，单击“导入”按钮，将密文默认导出到Kaiser共享文件夹中。（3）通知同组主机（不要告知密钥值k）密文已经放在共享文件夹中，让同组主机获取密文。（4）单击“解密”按钮进入密文解密状态，从同组主机的Kaiser共享文件夹中，将密Kaiser文导入。（5）调节密钥k的微调按钮或者对照表的移位按钮来调节密钥，从而进行密码分析（平均13次，最坏26次破解）。请将破解出的明文和密钥记录在这里：密钥k=1。明文WQNMLGBBB。（6）将破解后的密钥和明文同组主机记录的密钥和明文比较。如果不同请调节主机B的密钥k继续破解。四.单表置换密码（1）本机进入“工具箱”︳“加密解密”︳“表单置换”︱“加密”页面，与同组主机协商好一个密钥词组k=。（2）根据“表单置换”实验原理计算出置换表。（3）计算完成置换表后，在明文输入区输入明文，单击“加密”按钮用置换表的对应关系对明文进行加密，加密完成后单击“导出”按钮，将明文导出到SingleTable共享目录中，并通告同组主机获取明文。请将明文记录在这里：。(4)单击“导出”按钮将同组主机表单置换明文导入，根据同组主机置换表完成本机置换表，单击“解密”按钮对明文进行解密。（5）本机将解密后的明文与同组主机记录的明文对照，如果双方的明文一致，则说明实验成功，否则说明本机或同组主机的置换表计算错误。五.表单置换密码分析（1）表1-1-1是由统计学得出的英文字母相对频率表。（图表）由表1-1-1可以看出，英文字母E出现的频率最高，而J和Z出现的频率最低，这样，就可以通过英文字母出现的频率大致上判定单表置换密码的置换表，从而得到明文。（2）本机进入“工具箱”|“加密解密”|“单表置换”|“密码分析”|页面，单击“导入”按钮，将密文“单表置换密码分析密文.txt”导入，单击“统计”按钮，统计密文每个字母出现的频率，回答下列问题：在密文中出现频率最高的字母是________。 与上表比较，它可能是由字母_________置换的。（3）置换表组框中点击“解密”按钮，这时将得到一个明文。然而此时的明文并不是最终要得到的，可以通过明文的特征和各个字母的比例来调节置换表中的对应关系，从而得到正确的明文。例如，明文第一段和置换表如图1-1-1所示。（图表）根据明文我们可猜测图中画线的单词“soedlda’r”应该为“shedidn’t”。首先在置换表中找到明文小写字母o对应的密文大写字母E，然后改变置换表，使猜测的h对应E，依此类推则i对应F，n对应M，t对应T，变换后的置换表如图1-1-2所示。（图表）单击“解密”按钮，得到明文如图1-1-3所示（图表）依此类推可以得到明文，请根据你的置换表填写表1-1-2。（图表）六．源码应用（选做）1．Kaiser加密工具设计kaiser加密工具，利用kaiser加密算法对文件进行加密。工具栏“VC6”按钮，启动VC++6.0。选择“File”|“OpenWorkspace…”加载工程文件“C:JLCSSProjecsEncryptSingleTablesingletable.dsw”。基于此工程进行程序设计。【思考问题】1在单表置换密码分析过程中，我们看到破解方法基于英文字母出现的频率，你想出一个改进方法使单表转换加密方法能抵抗这种方法的密码分析吗？ 学号姓名同组学生学号同组学生姓名成绩实验二DES算法【实验目的】l理解对称加密算法的原理和特点l理解DES算法的加密原理【实验人数】每组2人【系统环境】Windows【网络环境】交换网络结构【实验工具】CIS工具箱。【实验原理】见《原理篇》实验一|练习二|任务一。【实验步骤】本练习将主机A和B作为一组，主机C和D作为一组，主机E和F作为一组。首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。一．DES加密解密（1）本机进入“工具箱”|“加密解密”|“DES加密算法”|“加密/解密”页签，在明文输入区输入明文____________________________________________。（2）在密钥窗口输入8（64位）个字符的密钥k,密钥k=______.单击“加密”按钮，将密文导出到DES文件夹（D:WorkEneryptionDES）中，通告同组主机获取密文，并将密钥k告诉同组主机。（3）单击“导入”按钮，从同组主机的DES共享文件夹中将密文导入，然后在密钥窗口输入被同组主机通告的密钥k，点击“解密”按钮进行DES解密。（4）将破解后的明文与同组主机记录的明文比较。二．DES算法进入“工具箱”|“加密解密”|“DES加密算法”|“演示”页签。输入64位明文与密钥，执行加密操作，查看各演示模块。在DES加密算法中，S-代替是最重要的部分，与其它代替比较起来，它提供了更好的安全性。因此，掌握S-盒代替是掌握DES算法的关键。 由于加密软件与加密硬件本身的特点有很在的差异，所以在实现DES加密算法时，加密软件与加密硬件采用的不同的策略。加密硬件一般采取标准折DES加密算法实现，高加密率是加密硬件的主要特点。加密软件为了提高加密的效率，要遵守以下原则：l展开加密循环与函数；l避免内部循环中使用条件转移指令；l变量长度与CPU内部寄存器长度相同；限制变量数量；l避免使用耗时的指令。所以，加密软件在实现DES算法时，一般都对算法加以修改，以提高加密效率。在工具箱的DES算法软件实现中，我们使用了一种修改的DES算法，它的S-盒代替的输入为64位，而不是48位，这样可以在32位计算机很好的执行。S-盒代替的转换表如下：（图表）置换表包了8个S盒SO-S7，每个S盒中有64个元素。每个S盒由左至右，由上至下读取，64个元素由0开始编号。使用第1个S盒的第0个元素，SBox[7][9]=0x10040000,代表第7个S盒的第9个元素。S盒代替具体第9个元素如下：（1）输入分成两部分，每部分32位，分别记为S0和S1。（2）将32位S0的第25至30位写入变量S01；将32位S0的第17至22位写入变量S02；将32位S0的第9至14位写入变量S03；将32位S0的第1至6位写入变量S04。（3）将32位S1的第25至30位写入变量S11；将32位S1的第17至22位写入变量S12；将32位S1的第9至14位写入变量S13；将32位S1的第1至6位写入变量S14；（4）查找置换表，将SBox[0][S01]、SBox[1][S11]、SBox[2][S02]、SBox[3][S12]、SBox[4][S03]、SBox[5][S13]、SBox[6][S04]、SBox[7][S14]进行或运算，得到的结果即为S盒的输出结果。例如，64位输入为0x743DED2D02D3B264,那么S盒代替的过程如下：（1）64位输入分为两部分，S0=0x743DED2D,S1=0x02D3B264。（2）S01=0x34=52(10)S02=0x3D=61(10)S03=0x2D=45(10)S04=0x2D=45(10)(3)S11=0x02=2(10)S12=0x13=19(10)S13=0x32=50(10)S14=0x24=36(10)(4)SBox[0][52]=0x01000004SBox[1][2]=0x00008000SBox[2][61]=0x0000008SBox[3][19]=0x00802001SBox[4][45]=0x00000100SBox[5][50]=0x00000000SBox[6][45]=0x00000802SBox[7][36]=0x00000040 将以上数据进行或操作，得到结果0x0180A94F就是S盒的输出。了解了以上的S盒代替方法后，请写出输入为0x843DED9302D#B98B的S盒代替过程数据。（1）S0=0x843DED93,S1=0x02D3B98B。（2）S01=______=_____10)S02=______=_____10)S03=______=_____(10)S04=______=_____(10)(3)S11=______=______(10)S12=______=______(10)S13=______=______(10)S14=______=______(10)(4)SBox[0][__]=___________SBox[1][__]=___________SBox[2][__]=___________SBox[3][__]=___________SBox[4][__]=___________SBox[5][__]=___________SBox[6][__]=___________SBox[7][__]=___________将以上数据进行或操作，得到结果______就是S盒的输出。一．源码应用（选做）设计DES加密工具，利用DES加密算法对文件进行加密。单击工具栏“VC6”按钮，启动VC++6.0。选择“File”|“OpenWorkspace…”加载工程文件“C:JLCSSProjectsEncryptDES.dsw”。基于此工程进行程序设计。 学号姓名同组学生学号同组学生姓名成绩实验三RSA算法【实验目的】l了解非对称加密机制l理解RSA算法的加密原理【实验人数】每组2人【系统环境】Windows【网络环境】交换网络结构【实验工具】CIS工具箱。【实验原理】见《原理篇》实验一|练习三|任务一。【实验步骤】本练习将主机A和B作为一组，主机C和D作为一组，主机E和F作为一组。首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。一.RSA生成公钥及加密解密过程演示（1）本机进入“工具箱”|“加密解密”|“RSA加密算法”|“公钥”页签，在生成公钥区输入素数p和素数q,这里工求p和q不能相等（因为很容易开平方求出p与q的值）并且p与q的乘积也不能小于127（因为小于127不能包插所有的ASCII码，导致加密失败），你选用的素数p与q分别是:p=___;q=_______。（2）单击“私钥d”下拉按钮，选择私钥d，并记录这个私钥用于解密，d=______。（3）单击“生成公钥”按钮生成公钥，记录下公钥e=______,n=_______。（4）在生成公钥演示区中输入素数p=_____和素数q=______,还有私钥d=_______。单击“开始演示”按钮查看结果，填写表率作用1-3-1。私钥d私钥n公钥e公钥n表1-3-1公钥生成演示结果（5）在加/解密演示区中输入明文m=_______,公钥n=________(m解密后文件路径，此时gpg要求输入前面设置的用于保护本机私钥的密钥，输入密码，解开密码，解开私钥。在存放加密文件的目录下就生成了一个解密后的文件，打开解密文件，浏览正文，与同组主机确定其正确性。【思考问题】1．简述PGP的加密原理，说明为什么PGP要比RSA加密速度要快得多。 学号姓名同组学生学号同组学生姓名成绩实验五Windows2003防火墙应用【实验目的】l了解防火墙的含义与作用l学习防火墙的基本配置方法【实验人数】每组3人【系统环境】Windows【网络环境】交换网络结构【实验工具】Windows2003系统防火墙。UDPtools——UDP连接1工具。【实验原理】见《原理篇》实验七|练习一。【实验步骤】本练习将主机A、B、C作为一组，主机D、E、F作为一组。首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。一．防火墙基础操作操作概述：启用windows2003系统防火墙，设置规则阻断ICMP回显请求数据包，并验证对UDP连接工具的例外操作。（1）在启用防火墙之前，同组主机通过ping指令互相测试网络连通性，确保互相是连通的，若测试未通过请排除故障。（2）本机启用防火墙，并设置防火墙仅对“本地连接”进行保护。（3）同组主机再次通过ping指令互相测试网络连通性，确认是否相互连通_______。（4）设置本机防火墙允许其传入ICMP回显请求。（5）第三次测试网络连通性。二．防火墙例外操作操作概述：启用windows2003系统防火墙，在“例外”选项卡中添加程序“UDPtools”允许UDPtools间通信，并弹出网络连接提示信息。（1）关闭防火墙，同组主机间利用UDPtools进行数据通信，确保通信成功。说明：UDPtools通信双方应分别为客户端和服务端，其默认通过2513/UDP端口进行通信，可以自定义通信端口，运行如图7-1-1所示。 图表7-1-1（2）本机启用防火墙（仅对本地连接），将本机作为UDPtools服务器端，同组主机以UDPtools客户端身份进行通信，确定客户端通信请求是否被防火墙阻塞________。（3）断开UDPtools通信，单击“例外”选项卡，在“程序和服务”列表框添加程序“UDPtools.exe”(C:JLCSSTOOLSAnalysertoolsUdptools.exe)并将其选中。再次启动UDPtools并以服务器身份运行，同组主机仍以客户端身份与其通信，确定客户端通信请求是否被防火墙阻塞__________。三．NAT操作操作概述：WindowsServer2003“路由和远程访问”服务包括NAT路由协议。如果将NAT路由协议安装和配置在运行“路由和远程访问”的服务器上，则使用专用IP地址的内部网络客户可以通过NAT服务器的外部接口访问Internet。图表7-1-2w参看图7-1-2，当内部网络主机PC1发送要连接Internet主机PC2的请求时，NAT协议驱动程序会截取该请求，并将其转发到目标Interner主机。所有请求看上去都像是来自NAT器的外部连接IP地址，这样就隐藏了内部网络主机。在这里我们将windowsServer2003主机配置成为“路由和远程访问”NAT服务器，并模拟搭建Internet网络环境对NAT服务器进行测试。（1）实验网络拓扑规划。l按图7-1-2所示，本实验需3台主机共同完成，其中一台主机扮演实验角色“内网主机PC1”，一台主机扮演实验角色“外网主机PC2”，最后一台主机扮演“NAT服务器”。l默认外部网络地址202.98.0.0/24；内部网络地址172.16.0.0/24,也可根据实际情况指定内网与外网地址。l默认主机“本地连接”为内部网络接口；“外部连接”为外部网络接口，也可指定“本地连接”为外部网络接口。（2）按步骤（1）中规划分别为本机的“本地连接”、“外部连接”配置IP地址。（3）配置NAT路由服务。依次单击“开始”|“程序”|“管理工具”|“路由和远程访问”，在“路由和远程访问”MMC中，选择要安装NAT路由协议的服务器（这里为本地主机），右键单击在弹出菜单中选择“配置并启用路由和远程访问”。注：操作期间若弹出“为主机名启用了Windows防火墙/Inernet连接共享服务……”警告信息,请先禁用“Windows防火墙/Inernet连接共享”服务，后重试操作。具体做法：“开始”|“程序”|“管理工具”|“计算机管理”|“服务和应用程序”|“服务”，在右侧服务列表中选择“windowsFirewall/InternetConnectionSharing(ICS)”服务，先将其停止，然后在启动类型中将其禁用。（4）在“路由和远程访问服务器安装向导”是选择“网络地址转换（NAT）”服务。（5）在“NATInternet连接”界面中指定连接到Internet的网络接口，该网络接口对于Internet来说是可见的。若在步骤（1）中已将“外部连接”指定为公共接口，则此处应选择“外部连接”。（6）本实验中没有应用到DHCP、DNS服务，所以在“名称和地址转换服务”界面中选择“我将稍后设置名称和地址服务”。至最后完成路由和远程访问配置。（7）接下来的工作是对各NAT服务器进行测试。下面以主机ABC为例进行测试说明：参照图7-1-2，设定主机A为网主机PC1，将其内部网络接口（默认为“本地连接”）的默认网关指向主机B的内部网络接口（默认为“本地连接”）；设定主机C为外网主机PC2。内网主机A通过ping指令对外网主机C须知连通性测试。（8）ICMP会话分析。在主机A做连通性测试的同时，主机B打开“协议分析器” 并定义过滤器，操作如下：依次单击菜单项“设置”|“过滤器”，在“协议过滤”选项卡“协议要”中选中“ICMP”协议。依次单击按钮“新建捕获窗口”|“开始捕获数据包”，在弹出的“适配器选择”界面中选择“外部连接”，开始捕获。观察状态栏“捕获帧数”窗格，当捕获到数据时单击“停止捕获数据包”按钮，依次展开“会话分析树”|“ICMP会话”，如图7-1-3所示。图表7-1-3（9）结合ICMP会话分析结果说出ICMP数据包的传输（路由）过程_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。