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现代密码学实验报告(共9篇) 现代密码学实验报告 现代密码学 实验报告 学生姓名 学 号 专业班级 计算机科学与技术 指导教师 段桂华 学 院 信息科学与工程学院 完成时间 2016年4月 实验一 密码算法实验 [实验目的] 1.掌握密码学中经典的对称密码算法AES、RC4的算法原理。 2.掌握AES、RC4的算法流程和实现方法。 [实验预备] 1.AES算法的基本原理和特点。 2.流密码RC4的密钥流生成以及S盒初始化过程。 [实验内容] 1. 分析AES、RC4的实现过程。2. 用程序设计语言将算法过程编程实现。 3. 完成字符串数据的加密运算和解密运算 输入十六进制明文：11223344556677889900AABBCCDDEEFF 输入十六进制密钥：13579BDF02468ACE1234567890ABCDEF [实验步骤]1. 预习AES、RC4算法。2. 写出算法流程，用程序设计语言将算法过程编程实现。 3. 输入指定的明文、密钥进行实验，验证结果。 4. 自己选择不同的输入，记录输出结果。 写出所编写程序的流程图和运行界面、运行结果。 一、AES算法 1、AES算法简介 AES 是一种可用来保护电子数据的新型加密算法。特别是，AES 是可以使用 128、192 和 256 位密钥的迭代式对称密钥块密码，并且可以对 128 位（16 个字节）的数据块进行加密和解密。与使用密钥对的公钥密码不同的是，对称密钥密码使用同一个密钥来对数据进行加密和解密。由块密码返回的加密数据与输入数据具有相同的位数。迭代式密码使用循环结构来针对输入数据反复执行排列和置换运算。 2、算法实现及流程 以加密函数为例，如下所示，首先对密钥进行预处理密钥扩展，然后明文进行Nr（Nr与密钥长度有关）次迭代运算，包括字节替换SubBytes、 移位行运算ShiftRows、混合列运算MixColumns、以及轮秘钥加密AddRoundKey。 void Cipher() { int i,j,round=0; // 把明文赋值到状态数组中 for(i=0;i4;i++) } 解密函数的流程和加密函数是一致的，只是对于行变换、列变换、以及相关s盒子为加密的逆过程。 字节替换SubBytes是非线形置换，独立地对状态的每个字节进行。 移位行运算ShiftRows是将状态阵列的各行进行循环移位，不同状态行的位移量不同。第0行不移动，第1行循环左移C1个字节，第2行循环左移C2个字节，第3行循环左移C3个字节。位移量C1、C2、C3的取值与Nb有关。 混合列运算MixColumns是将状态阵列的每个列视为多项式，再与一个固定的多项式c(x)进行模x4+1乘法。Rijndael的设计者给出的c(x)为（系数用十六进制数表示）：c(x)=‘03’x3+‘01’x2+‘01’x+‘02’。 for(j=0;j4;j++)// 先与初始轮密钥相加AddRoundKey(0); // 第一轮至（Nr-1）轮的迭代运算，第Nr轮不用进行列混合运算for(round=1;roundNr;round++){SubBytes(); //字节代换 ShiftRows(); //行移位 MixColumns(); //列混合 AddRoundKey(round); //密钥加} SubBytes();ShiftRows(); AddRoundKey(Nr); // 加密结束，将机密结果填入数组out中以便输出for(i=0;i4;i++)for(j=0;j4;j++) out[i*4+j]=state[j][i]; state[j][i] = in[i*4 + j]; 轮秘钥加密AddRoundKey是将轮密钥简单地与状态进行逐比特异或。轮密钥由种子密钥通过密钥编排算法得到，轮密钥长度等于分组长度Nb。 程序流程图 AES流程图 3、运行结果 首先，输入指定密钥13579BDF02468ACE1234567890ABCDEF ，输入指定明文11223344556677889900AABBCCDDEEFF，进行实验，结果如图所示。 选择不同的输入，输入秘钥11223344556677889900AABBCCDDEEFF,输入明文13579BDF02468ACE1234567890ABCDEF ，输出结果如图所示。 二、RC4算法 1、RC4算法简介 RC4加密算法是大名鼎鼎的RSA三人组中的头号人物Ron Rivest在1987年设计的密钥长度可变的流加密算法簇。首先，用从1到256个字节的可变长度密钥初始化一个256个字节的状态盒S[256]。然后，通过S盒子