密碼學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、密碼學(xué)應(yīng)用與實(shí)踐課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)1:實(shí)現(xiàn)DE盼碼體制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .編寫程序?qū)崿F(xiàn)DES勺加、解密：1)編程構(gòu)造DES勺密鑰；2)應(yīng)用上述獲得的密鑰將一段英文或文件進(jìn)行加、解密。2 .用DEST法實(shí)現(xiàn)口令的安全二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. DES原理DES合運(yùn)用了置換，代換，移位多種密碼技術(shù)，是一種乘積密碼。在算法結(jié)構(gòu)上采用迭代結(jié)構(gòu)，從而使其結(jié)構(gòu)清晰，調(diào)理清楚，算法為對(duì)合運(yùn)算，便于實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行速度快。DE馳用了初始置換IP和IP-1各一次(相應(yīng)的置換看算法描述圖表)置換 P16次，安排使用這 3個(gè)置換的目的是把數(shù)據(jù)徹底打亂重排。選擇置換E 一方面把數(shù)據(jù)打亂重排，另一方面把32位輸入擴(kuò)展為48位，算法中除了

2、S-盒是非線性變換外，其余變換均為顯示變換，所以保密 的關(guān)鍵是選擇S-盒。符合以下3條準(zhǔn)則：(1)對(duì)任何一個(gè)S-盒而言，沒有任何線性方程式等價(jià)于此S-盒的輸出輸入關(guān)系，即是 S-盒是非線性函數(shù)。(2)改變s-盒的任何一位輸入，都會(huì)導(dǎo)致兩位以上的輸出改變，即滿足“雪崩效應(yīng)”。(3)當(dāng)固定某一個(gè)位的輸入時(shí)，S-盒的4個(gè)出位之間，其中0和1的個(gè)數(shù)之差小。這個(gè)準(zhǔn)則的本質(zhì)是數(shù)據(jù)壓縮，把四位輸入壓縮為4位輸出。選擇S-盒函數(shù)的輸入中任意改變數(shù)位，其輸出至少變化兩位。因?yàn)樗惴ㄖ惺褂昧?6次迭代，大大提高了保密性。2. DES算法由加密、解密和子密鑰的生成三部分組成1) 加密DES算法處理的數(shù)據(jù)對(duì)象是一組 6

3、4比特的明文串。設(shè)該明文串為 m=m1m2m64 (mi=0 或1)。明文串經(jīng)過64比特的密鑰K來(lái)加密，最后生成長(zhǎng)度為64比特的密文E。其加密過程 圖示如下：2）子密鑰的生成64比特的密鑰生成16個(gè)48比特的子密鑰。其生成過程見圖:PC-128比特，1 23比特3) 解密DES勺解密過程和 DES勺加密過程完全類似，只不過將16圈的子密鑰序列 K1,K2K16的順序倒過來(lái)。即第一圈用第16個(gè)子密鑰K16,第二圈用K15,其余類推。第一圈：R18L15 由距15K1。Llt5=R15加密后的結(jié)果L=R15, R=L15 ® f(R15K16) ® f(R15K16)=L15

4、同理 R15=L14 f(R14K15), L15=R14 。同理類推：得 L=R0, R=L0。3.密鑰生成(1) 取得密鑰從用戶處取得一個(gè) 64位(本文如未特指，均指二進(jìn)制位)長(zhǎng)的密碼key ,8、16、24、32、40、48、56、64 位，乘U下的 56去除64位密碼中作為奇偶校驗(yàn)位的第 位作為有效輸入密鑰.(2) 等分密鑰(3) 密鑰移位DESM法的密鑰是經(jīng)過 16次迭代得到一組密鑰的，把在1.1.2步中生成的A,B視為迭代 的起始密鑰.比如在第1次迭代時(shí)密鑰循環(huán)左移 1位，第3次迭代時(shí)密鑰循環(huán)左移 2位.第 9次迭代時(shí)密鑰循環(huán)左移 1位，第14次迭代時(shí)密鑰循環(huán)左移 2位.第一次迭代

5、：A(1) = ?(1) AB(1) = ?(1) B第i次迭代：A(i) = ?(i) A(i-1)B(i) = ?(i) B(i-1)(4) 密鑰的選取在(3)步中第i次迭代生成的兩個(gè) 28位長(zhǎng)的密鑰為 跳”了H R J * 3H 打B 28B-)二叫嗎嗎嗎把a(bǔ)5,a合并c=展* =解1 A% A%的0%前3叫7匹L 廣步 3 .： 4A 43按照表4所示k的第一位為56位密鑰的第14位，k的第2位為56位密鑰的第17位， 依此類推，k的最后一位最后一位是 56位密鑰的第32位。生成與進(jìn)行第i次迭代加密的數(shù) 據(jù)進(jìn)行按位異或的 48位使用密鑰：序=c3泗17c3C由瓜 14 u 11 2A

6、32=助四川 W)后K盧2K 3R 4/熨 迭代DES算法密鑰生成需要進(jìn)行 16次迭代，在完成16次迭彳t前，循環(huán)執(zhí)行(3) (4)步.最終 形成 16 套加密密鑰：key0 , key1 , key2,.key14 , key15.4 .數(shù)據(jù)的加密操作(1) 取得數(shù)據(jù)把明文數(shù)據(jù)分成64位的數(shù)據(jù)塊，不夠 64位的數(shù)據(jù)塊以適當(dāng)?shù)姆绞窖a(bǔ)足。Data = D D;(2) 數(shù)據(jù)擴(kuò)展第一次迭代以上步生成的newData作為輸入數(shù)據(jù)，第i (i > 1) 次迭代以第i-1次的64位輸出數(shù)據(jù)為輸入數(shù)據(jù)，把64位數(shù)據(jù)按位置等分成左右兩部分：1 W J ( 口nU明匕1】32 = DiDA. D31D32

7、left= %right = % 吃%，鳥后=033P無(wú)4保持left不變，門助t =電的電電1電居把擴(kuò)展后的48位right與第i次迭代生成的48位加密密鑰進(jìn)行按位異或操作 5磔樹占購(gòu)四)形成一個(gè)新的48位的right.nght=R艮艮47R43(3) 數(shù)據(jù)壓縮在1.2.3步中形成了 48位的right值,right =%叼區(qū)弱艮如需要把48位的right值轉(zhuǎn)換成32位的right值.把right視為由8個(gè)6位二進(jìn)制塊組 成，"力力=R眄J凡竹尾b = b1b2.,b6 =肉%型1%c cc2 %d = d也% = 0期口。壇吃我可 e =為q% = %網(wǎng)"勘防馬=%四/

8、4K3典611 =卜冉% =艮曲艮產(chǎn)空%艮4在4sa,b.h都是6位，強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制整數(shù)的值都不大于 64 abh轉(zhuǎn)成10進(jìn)制整數(shù) 后，在對(duì)應(yīng)的表中根據(jù)轉(zhuǎn)換后整數(shù)彳1取得對(duì)應(yīng)位置的替代值，每6位用一個(gè)4位替換這樣就完成了從48位向32位數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換.R R/3- R 47R 4S,1> 艮內(nèi)電電 1%有些資料中介紹6位轉(zhuǎn)4位的實(shí)現(xiàn)方法與本文所采用的不同，但殊途同歸，最終的結(jié)果是相同的。(4) 數(shù)據(jù)換位把1.2.4 步形成的32位rightright -R應(yīng)為.電1 均2根據(jù)表8進(jìn)行車t換：數(shù)據(jù)的原第16位換到第一位，原第7位換到第二位，依此類推， 最后得到新的32位數(shù)據(jù).酒時(shí)，T R科

9、5(5) 交換數(shù)據(jù)把right 和left按位異或后白值賦給 right,然后將本輪輸入的原始right 值賦給left.(6) 迭代DES算法需要進(jìn)行16次迭代，在完成16次迭代前，把第i-1次得到的的left和right 的值作為第i次的輸入數(shù)據(jù)，重復(fù)1.2.3的步驟，但是有一點(diǎn)要記?。涸诓襟E1.2.3中第i次 迭代要選擇第i次迭代生成的密鑰與數(shù)據(jù)進(jìn)行按位異或。(7) 數(shù)據(jù)整理為保證加密和解密的對(duì)稱性，DES算法的前15次迭代每完成一次迭代都要交換 left和 right的值，第16次迭代不交換兩者的數(shù)值.到此把32位的left和right合并成64位的 Data ,Data-DjD. 尹立仁她切叼?2H30數(shù)據(jù)的原第40位換到第一位，原第8位換到第二位，依此類推，最后的得到新的 64