中南大学现代密码学实验报告.doc

《中南大学现代密码学实验报告.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、中南大学现代密码学实验报告学生姓名郁博文学号专业班级信息安全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AES1．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26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

2、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,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

3、的范围.1.1Rijndael密码的设计标准：①抵抗所有已知的攻击。②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32n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

4、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；2.2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，移位量与分组长度的关系0行：不动NbC1C2C3412361238134图2行移位示意图2.2.3列混合MixColumn图3列

5、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。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

6、淆图6逆列混合示意图加密与解密系统流程图如下所示，3.AES算法java实现3.1代码见附录13.2测试结果：RC41.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

7、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：RC4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。开始输入明文输入密钥初始化S盒并打印i=0;j=0;i=(i+1)%256j=(j+s[i])%256交换Si,Sj;t=(s[i]+s[j])%256k=St;加密明文，并输出加密后的密文解密，并输出结束3.RC4算法java实现2.1代码见附录22.2测试结果：[问题讨论]1.改变明文或密钥中的一个比

8、特值可能影响AES值中的多少比特？答：明文和密钥在S盒置换时，不同的字节会替换出不同的结果。算法过程中一共进行了10轮加密，所以改变一个比特值可能影响AES值中的80比特（8x1