现代密码学实验报告

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1、信息安全1302-郁博文-0906130205中南大学现代密码学实验报告学生姓名郁博文学号0906130205专业班级信息安全1302指导教师段桂华学院信息科学与工程学院完成时间2015年5月信息安全1302-郁博文-0906130205AES1．背景AES，密码学中的高级加密标准（AdvancedEncryptionStandard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月2

2、6日发布于FIPSPUB197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。AES有一个固定的128位的块大小和128，192或256位大小的密钥大小。Rijndael算法汇聚了安全性、效率高、易实现性和灵活性等优点,是一种较DES更好的算法。该算法为比利时密码学家JoanDaemen和VincentRijmen所设计，结合两位作者的名字，以Rijndael之命名之，投稿高级加密标准的甄选流程。（Rijdael的发音近于"Rhinedoll"。）AES在软体及硬件上都能快速地加解密，相对来说较易于实作,

3、且只需要很少的记忆体。作为一个新的加密标准,目前正被部署应用到更广大的范围.1.1Rijndael密码的设计标准：①抵抗所有已知的攻击。39信息安全1302-郁博文-0906130205②在多个平台上速度快，编码紧凑。③设计简单。Ø当前的大多数分组密码，其轮函数是Feistel结构。ØRijndael没有这种结构。ØRijndael轮函数是由3个不同的可逆均匀变换1.2设计思想n分组和密钥长度可变，各自可独立指定为128、192、256比特。n状态n算法中间的结果也需要分组，称之为状态，状态可以用以字节为元素的矩阵阵列表示，该阵列有4行，列数Nb为分组长度除32

4、n种子密钥n以字节为元素的矩阵阵列描述，阵列为4行，列数Nk为密钥长度除322.系统设计2.1系统主要目标基本要求部分：1．在深入理解AES加密/解密算法理论的基础上，设计一个AES加密/解密软件系统；39信息安全1302-郁博文-09061302052.2功能模块与系统结构主要功能模块如下：2.2.1字节替换SubByte非线性代换是可逆的，由以下两个变换的合成得到：①首先，将字节看作GF(28)上的元素，映射到自己的乘法逆元，‘00’映射到自己。②其次，对字节做如下仿射变换：图1字节代换示意图2.2.2行移位ShiftRow将状态阵列的各行进行循环移位，移位

5、量与分组长度的关系0行：不动NbC1C2C341236123813439信息安全1302-郁博文-0906130205图2行移位示意图2.2.3列混合MixColumn图3列混合示意图状态阵列的每个列a(x)与一个固定的多项式c(x)进行模x4+1乘法后混淆为b(x).记为c(x)是模x4+1可逆的多项式‘03’x3+‘01’x2+‘01’x+‘02’逆d(x)=‘0B’x3+‘0D’x2+‘09’x+‘0E’2.2.4轮密钥加AddRoundKey图4轮密钥加示意图密钥加:轮密钥与状态进行逐比特异或。轮密钥长度等于分组长度Nb。39信息安全1302-郁博文-0

6、906130205密钥加运算的逆运算是其自身。2.2.5逆字节替换通过逆S盒的映射变换得到2.2.6逆行移位InvShiftRow图5逆行移位示意图与加密时的行移位区别在于移位方向相反。2.2.7逆列混淆图6逆列混合示意图加密与解密系统流程图如下所示，39信息安全1302-郁博文-09061302053.AES算法java实现3.1代码见附录13.2测试结果：39信息安全1302-郁博文-0906130205RC41.背景RC4加密算法是大名鼎鼎的RSA三人组中的头号人物RonaldRivest在1987年设计的密钥长度可变的流加密算法簇。之所以称其为簇，是由于

7、其核心部分的S-box长度可为任意，但一般为256字节。该算法的速度可以达到DES加密的10倍左右，且具有很高级别的非线性。RC4起初是用于保护商业机密的。但是在1994年9月，它的算法被发布在互联网上，也就不再有什么商业机密了。RC4也被叫做ARC42.系统设计2.1系统主要目标基本要求部分：分析RC4的实现过程。用程序设计语言将算法过程编程实现。完成字符串数据的加密运算和解密运算2.2功能模块与系统结构主要功能模块如下：39信息安全1302-郁博文-0906130205RC4算法的原理很简单，包括初始化算法（KSA）和伪随机子密码生成算法（PRGA)两大部分

8、。开始输入明文输入密钥初