作业2--AES实验报告--夏磊--S1048035.docVIP

信息安全实验报告 作业2-AES加密解密 姓名： 夏磊 学号： S1048035 班级： 2010级秋季班 指导教师： 王 昭 目录 信息安全实验报告 1 1 设计思路及主要代码分析 2 1.1 实验目的 2 1.2 实验要求 3 1.3 设计思路 3 1.3.1 程序流程图 3 1.3.2 实验原理 4 1.3.3 设计说明 6 1.4 程序源代码 7 2 实验结果及问题分析 51 2.1 运行结果 51 2.2 结果分析 55 3 附录 55 3.1 机器环境及配置 55 3.2 编译环境 56 3.3 程序及源码 56 设计思路及主要代码分析 实验目的 1、理解AES加密和解密原理。 2、理解五种模式（ECB、CBC、CFB、OFB和CTR）的加解密过程。 实验要求 实现AES，要求：C和/或C++语言，五种模式（ECB、CBC、CFB、OFB和CTR）的加解密，程序可以输入明文文件，输出密文文件，允许选择加解密模式，并进行加解密正确性测试。 设计思路 程序流程图 主程序流程图 实验原理 ??? AES是分组密钥，算法输入128位数据，密钥长度也是128位。用Nr表示对一个数据分组加密的轮数（加密轮数与密钥长度的关系如表1所列）。每一轮都需要一个与输入分组具有相同长度的扩展密钥Expandedkey(i)的参与。由于外部输入的加密密钥K长度有限,所以在算法中要用一个密钥扩展程序(Keyexpansion)把外部密钥K扩展成更长的比特串,以生成各轮的加密和解密密钥。1.1圈变化??? AES每一个圈变换由以下三个层组成:??? 非线性层——进行Subbyte变换；??? 线行混合层——进行ShiftRow和MixColumn运算；??? 密钥加层——进行AddRoundKey运算。① Subbyte变换是作用在状态中每个字节上的一种非线性字节转换,可以通过计算出来的S盒进行映射。 ② ShiftRow是一个字节换位。它将状态中的行按照不同的偏移量进行循环移位，而这个偏移量也是根据Nb的不同而选择的[3]。 ③ 在MixColumn变换中,把状态中的每一列看作GF(28)上的多项式a(x)与固定多项式c(x)相乘的结果。 b(x)=c(x)*a(x)的系数这样计算: *运算不是普通的乘法运算,而是特殊的运算，即 b(x)=c(x)·a(x)(mod x4+1) 对于这个运算 b0=02。a0+03。a1+a2+a3 令xtime(a0)=02。a0 其中，符号“。”表示模一个八次不可约多项式的同余乘法[3]。 对于逆变化,其矩阵C要改变成相应的D,即b(x)=d(x)＊a(x)。④ 密钥加层运算(addround)是将圈密钥状态中的对应字节按位“异或”。 ⑤ 根据线性变化的性质[1],解密运算是加密变化的逆变化。这里不再详细叙述。? 1.2轮变化 ??? 对不同的分组长度，其对应的轮变化次数是不同的,如表所列。 1.3密钥扩展　　 ??? AES算法利用外部输入密钥K(密钥串的字数为Nk),通过密钥的扩展程序得到共计4(Nr+1)字的扩展密钥。它涉及如下三个模块:? ① 位置变换(rotword)——把一个4字节的序列[A,B,C,D]变化成[B,C,D,A]；? ② S盒变换(subword)——对一个4字节进行S盒代替；? ③ 变换Rcon[i]——Rcon[i]表示32位比特字[xi-1,00,00,00]。 这里的x是（02），如 Rcon[1]=；Rcon[2]=；Rcon[3]=…… ? ??? 扩展密钥的生成：扩展密钥的前Nk个字就是外部密钥K；以后的字W[[ｉ]]等于它前一个字W[[i-1]]与前第Nk个字W[[i-Nk]]的“异或”,即W[[ｉ]]=W[[i-1]]W[[ｉ- Nk]]。但是若ｉ为Nk的倍数,则W[ｉ]=W[i-Nk]Subword(Rotword(W[[ｉ-1]]))Rcon[i/Nk]。 AES的加密与解密流程如图所示。 AES加密和解密 五种模式使用类似的程序框架：设置模式参数—加密—写入加密文件—解密—写入解密文件—验证判断。 程序源代码 程序工程结构 主函数程序TestMain.cpp #include iostream #include cassert #include fstream #include string #include AesCipher.h using namespace std; char in[999999991]; void test(); //主函数 int main() { test(); return 0; } voi