本科毕业设计(论文)
题目：AES加密算法在用户信息管理模块中
的应用
院（系）：计算机科学与工程学院
专业： xXXXXXXXXXXX
班级： 0906XX
学生： XXXXX
学号： 0906XXXXX
指导教师： XX
2013年 6月
本科毕业设计(论文)
题目：AES加密算法在用户信息管理模块中
的应用
院（系）：计算机科学与工程学院
专业： xXXXXXXXXXXX
班级： 0906XX
学生： XXXXX
学号： 0906XXXXX
指导教师： XX
2013年 6月
XX大学毕业设计（论文）任务书
院（系）计算机学院专业XXXX 班XX 姓名XX 学号XX
1.毕业设计（论文）题目：AES加密算法在用户信息管理模块中的应用
2.题目背景和意义：
随着internet的发展，对用户信息安全性的要求也越来越高，因此本课题主要运行AES 加密算法对用户信息管理模块对用户信息进行加密，以提高用户信息的安全性。
AES作为新一代的分组数据加密标准，以其没有显著的攻击方法、编码易于实现和加、解密速度快等优点，满足了人们不同信息安全等级的需要.随着计算机网络的发展，数据加密的重要性也逐渐提高，AES加密技术得到了迅速的发展和广泛的应用。
3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）：
(1) 使用MFC体系结构实现用户管理模块。
(2) 运用C++实现AES加密算法。
(3) 在后台对用户信息进行加密，并将其存入数据库中。
(4) 加密使用数据项级运用AES加密算法在DBMS外层进行加密。
4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）：
第(1----2)周：查阅各类文献，对AES加密算法进行系统的学习。
第(3----6)周：完成AES加密算法的编码工作，并对其进行测试。
第(7 --13)周：完成用户管理模块，并将AES加入到用户管理模块中。
第(14-16)周：对整个系统进行测试
第(16--20)周：写论文，准备答辩。
5.毕业设计（论文）的工作量要求（1）完成1.5万字左右的论文
（2）外文翻译（与此技术相关）3000字左右
①实验（时数）*
或实习（天数）：不低于80课时
②图纸（幅面和张数）*：
③其他要求：
指导教师签名：年月日
学生签名：年月日
系（教研室）主任审批：年月日
AES加密算法在用户信息管理模块中的应用
摘要
随着信息产业在我国国民经济中扮演越来越重要的角色，信息安全越来越受到重视。信息安全主要是由安全协议和密码算法组成，其中密码算法是信息安全的基础和核心。所以研究和分析当今流行的密码算法对我国的信息安全有很大的意义。而分组密码是现代密码体制发展的两个发展方向之一，它具有速度快、易于标准化和便于软硬件实现等特点，因此在计算机通信和信息安全领域中得到了广泛的应用。
本文首先描述了AES算法的数学基础以及从数学的基础上得出的加密算法的描述。着重介绍了AES加密算法的原理步骤，核心算法主要分为密钥的生成和加密流程循环，其中密钥核心为置换和代替，加密流程循环对State矩阵执行四中不同的操作，在规范中被称为SubBytes(字节替换)、ShiftRows（行移位变换）、MixColumns(列混合变换)和AddRoundKey。其次使用C++将AES加密和解密算法进行实现。由于当今社会人们对信息安全非常重视，所以最后将算法加入到用户信息管理模块中，实现具体的应用。
关键词：信息安全；AES算法；加密；解密；实现；应用
AES Encryption Algorithm In The User Information
Management Module
Abstract
With the information industry to play an increasingly important role in China's national economy, information security and more attention. Information security by security protocols and cryptographic algorithms, cryptographic algorithms is the foundation and core of information security. Therefore, research and analysis of today's popular cryptographic algorithms on the information security of our country has great significance. The block cipher is one of the two development directions of the development of modern cryptography, it has a fast, easy standardization and ease of hardware and software, has been widely used in the field of computer communications and information security.
This paper first describes the mathematical basis of the AES algorithm derived from the basis of mathematical description of the encryption algorithm. Highlights the principle steps of the AES encryption algorithm, the core algorithm is divided into key generation and encryption process cycle, the key core replacement and instead, the encryption process cycle State matrix to perform four different operations in the specification The known as SubBytes (byte substitution), ShiftRows (line shift transformation), the MixColumns (mixcolumn transformation) and AddRoundKey. Second, we use C ++ to implement the AES encryption and decryption algorithm. Today's society, people attach great importance to information security, so in the end the algorithm to the user information management module, the specific application.
Key Words: Information security; AES algorithm; encryption; decryption; implementation; application
目录
1绪论 (1)
1.1前言 (1)
1.2密码学简介和我国信息安全现状 (1)
1.3 数据加密标准的发展过程 (1)
1.3.1数据加密标准DES (1)
1.3.2 高级加密标准AES (1)
1.4 AES的研究现状 (2)
1.5本文主要研究内容 (2)
2 AES加密算法原理介绍 (3)
2.1 AES算法的相关数学知识 (3)
2.1.1 有限域GF (28)上的运算 (3)
2.1.2 系数在有限域GF(28)上的多项式的运算 (5)
2.2 AES 算法描述 (6)
2.2.1算法的总体描述 (6)
2.2.2 算法的基本变换 (8)
2.2.3 密钥扩展算法 (10)
2.2.4 解密算法 (11)
2.3 AES安全性能分析 (12)
2.3.1安全性目标 (12)
2.3.2安全性原则 (12)
2.3.3加密算法的对比 (13)
2.3.4 AES算法的安全性 (14)
2.3.5结论 (16)
3 AES加密算法的实现 (17)
3.1开发工具与环境 (17)
3.2用C++ 编写AES 类 (17)
3.3用C++编写的AES Cipher方法 (21)
3.4 用C++编写的AES InCipher方法 (23)
4 用户信息管理模块设计和实现 (25)
4.1 用户信息管理模块功能 (25)
4.1.1 权限分析 (25)
4.1.2 用户信息管理 (25)
4.2 设计方法 (25)
4.3设计流程图 (25)
4.4实现过程 (26)
4.4.1管理员登陆 (26)
4.4.2 查询记录功能 (27)
4.4.3添加记录功能 (27)
4.4.4删除记录功能 (28)
4.4.5更新记录功能 (28)
4.4.6设计数据库 (29)
5 AES加密算法在用户信息管理模块中的应用 (31)
5.1用户信息管理模块在后台对AES加密算法调用关系 (31)
5.2 AES加密算法在用户信息管理模块中的应用效果演示 (31)
6 结论 (35)
致谢 (36)
参考文献 (37)
毕业设计（论文）知识产权声明 (38)
毕业设计（论文）独创性声明 (39)
附录外文原文及翻译 (39)
主要符号表
GF(28) 有限域
a-1( x ) 逆元
mod 求模运算符
Nr 加密轮数
Nb 分组长度的列数 Nk 密钥长的列数⊕异或运算符号
?多项式乘法
1 绪论
1 绪论
1.1前言
近年来，随着Internet的迅猛发展，计算机网络技术正在日益广泛的应用到商业，金融，国防等各个领域，人们对用户信息安全性的要求也越来越高，如何保证数据的安全已经成为了一个重要问题，因此本课题主要运用AES加密算法在用户信息管理模块对用户信息进行加密，以提高用户信息的安全性。
AES作为新一代的分组数据加密标准，以其没有显著的攻击方法、编码易于实现和加、解密速度快等优点，满足了人们不同信息安全等级的需要.随着计算机网络的发展，数据加密的重要性也逐渐提高，AES加密技术得到了迅速的发展和广泛的应用。
1.2密码学简介和我国信息安全现状
密码学的基本思想是对机密信息进行交换，以保护信息在传送过程中不被非法窃取、解读和利用。
密码体制的分类方法有很多，一般是通过加密算法与解密算法所使用的密钥是否相同的原则分为:对称密钥密码体制和公开密钥密码体制。后者一般基于一个数学上的实现，适用于开放的使用环境，可以安全方便的实现数字签名和认证，通常用于密钥的分配与传输上，但对数据加、解密的速度较慢。而前者的安全性基于复杂的非线性变换，由于其加密速度比公钥密码相对较快，因此是目前商业领域比较重要而流行的一种加密体制。
对称密钥密码体制从加密模式上又可分为:序列密码和分组密码。序列密码使用密钥短的位串生成长的位串，然后再与明文按位模2相加产生密文，它的安全基于密钥的随机性。如果密钥是真正的随机数，则这种密码体制在理论上就是不可攻破的，这也可以称为一次一密乱码本体制。严格的该体制所需的密钥量不存在上限，且很难得到真正意义上的随机数序列。实际中更多的是采用伪随机数序列。为了提高安全强度，伪随机序列的周期要足够长，并且序列要有很好的随机性，但这也很难做到，因此除了一些高度保密的环境以外，很少使用。
应用在网络通信环境中的数据加密方法更多的是采用分组加密体制。分组密码算法通常由加、解密算法和密钥扩展算法两部分组成，密钥扩展算法用于生成m个子密钥。加密算法由一个密码学上的函数f对数据分组进行一系列变换之后，每次与一个子密钥迭代，总共迭代r次完成一个分组加密。分组密码已成为PIesc 和SSL等相关协议的应用层数据安全保护的主要手段。
我国信息化、网络化建设在技术与装备上对别国的极大依赖性，使信息安全问题尤为突出。据报道，美国出口中国的计算机设备留有“暗门”，供美国政府随时启动，出口中国的计算机系统安全等级也只有CZ级，为美国国防部规定的
8个级别中倒数第三。我国的信息网络安全起步较晚，安全防护能力处于发展的初级阶段，与发达国家有较大的差距。当前，国内许多信息网络应用系统尚处于不设防状态，存在很大的风险性:有些重要的网络应用系统使用的安全设备都是从国外直接引进的，难以保证安全利用和有效监控。密码技术特别是加密技术是信息安全技术中的核心技术，国家关键基础设施中不可能引进或采用别人的加密技术，只能自主开发。目前我国在密码技术的应用水平方面与国外还有一定的差距。国外的密码技术必将对我们有一定的冲击力，特别是在加入WTO组织后这种冲击力只会有增无减。因而我们必须自主的开发我们自己的加密解密芯片，从而保证我们信息的安全性。
1.3 数据加密标准的发展过程
1.3.1数据加密标准DES
1972年，国家标准局(NBS)拟定了一个旨在保护计算机和通信数据的计划，开发一个单独的标准密码算法，1973年公开征集算法，1974年第二次公开征集，IBM的Lucifer的变形当选，1976年H月宣布成为联邦标准DES，随后投入使用。不久DES的应用范围迅速扩大到涉及美国以外的公司，甚至某些美国的军事部门也使用了DES。DES是世界上第一个公认的实用分组密码算法标准。迄今为止，在针对DES的攻击中最有效的方法还是穷举，遍历密钥空间。由于计算机硬件的速度越来越快，DES密钥长度太短的缺陷就显露了出来。最终能在合理的时间内完成对56位密钥的强力攻击。1987年宣布DES不安全，但由于商业上已广泛使用，且没有合适的方案替代。进入上世纪九十年代后，另一种由DES衍生出来的算法—三重DES，被广泛使用。但是它的安全性并不意味着建立在168位的密钥之上，研究表明，可以将其转化为对108位密钥的攻击。最重要的是，三重DES 的加密和解密时间消耗较大，不能很好的适用飞速增长的实时信息加密需求。2000年，原设计寿命10年左右的DES已使用23年，单重已攻击成功。
1.3.2 高级加密标准AES
1997年1月2日，美国国家标准和技术研究所（NIST)宣布启动高级加密标准(AES）的开发研究工作，并于同年9月12日正式发出了征集算法的公告。NIST 的目标是确定一种保护敏感信息的、公开的、免费的并且全球通用的算法作为AES，以弥补DES退出后，数据加密标准留下的空缺。在征集公告中，NIST对算法作了最低要求:算法必须是对称密钥体制的分组密码，并且要支持128位的分组长度和128、192、256位的密钥长度。1998年8月20日，NIST召开了第一次AES候选会议，在会议上宣布了15个AES候选算法，并恳请公众对这15个算法进行评估。经过一年时间的评估，NIST于1999年8月又召开了第二次候选会议，在这次会议上，NIST宣布从巧个候选算法中选出了5个候选算法参加最后的决赛，并再次恳请公众对这5个候选算法进行评估，并规定评估于2000年5月25日结束。为了更好的选出一种候选算法作为AES，NslT在评估正式结束前的一个
多月又召开了第三次AES候选会议，在这次会议上，对各种评估结果作了详细的分析，为AES算法的确定提供了详尽的材料。
2000年10月2日，NIST宣布采用助Rijndael算法作为AES，此后NIST授权联邦信息处理标准出版社为AES制定了标准草案用以征集公众的评议，随后在公众评议的基础上对草案进行修改，于2001年11月26日发布了正式的197号标准—AES标准，并指出标准生效的具体时间为2002年5月26号，至此经历数年的AES开发研究才大功告成。
1.4 AES的研究现状
目前对高级加密标准算法的研究主要集中在三个方面:设计原理、安全性能分析和统计性能分析。
设计原理方面主要研究算法在设计时所遵循的原则、算法采用的整体结构以及各组成部分的数学基础和性能。
安全性能研究主要集中在分析抵抗现有已知密码攻击方法上，主要包括强力攻击、差分密码分析、线性密码分析、专用攻击和插值攻击。目前对差分密码分析和线性密码分析研究的比较深入，对专用攻击主要集中在基本攻击原理上，对插值攻击的研究主要集中在寻找算法的代数表示。
统计性能主要是研究算法随机化数据的能力，目前有关助Rijndael算法的统计性能方面的研究还较少，所见统计测试在测试项目的选择和测试数据的构造上也不尽相同，但大多测试都基于NIST统计测试工具包进行。
1.5本文主要研究内容
本论文中用户信息加密的实现采用了美国最新公布的AES加密算法，AES算法被认为是至今为止理论上最为成功的加密算法。
本文主要研究的是AES加密算法及其应用，采用C++语言对算法进行简单的实现，模拟加密及其解密的过程，并在用户信息管理模块中得到应用。
2 AES加密算法原理介绍
2.1 AES算法的相关数学知识
AES 算法中的许多运算是按字节定义的，一个字节为8位。AES 算法中还有一些运算是以4个字节的字定义的，一个4字节的字为32位。一个字节可以看成是有限域GF(28)中的一个元素。一个4字节的字可以看成是系数在GF(28)中并且次数小于4的多项式。
2.1.1 有限域GF (28)上的运算
有限域GF(28)中的元素可以用许多不同的方式来表示，如多项式表示，二进制表示，十六进制表示等等，但是不同的表示方式对实现的复杂度是有影响的。AES 加密算法选择用多项式表示有限域GF(28)中的元素。GF(28)中共有256个元素，每个元素都可以用GF(2)中的元素表示，而且多项式的次幂都小于8。
由b7b6b5b4b3b2b1b0构成的一个字看成多项式
b7x7+ b6x6+ b5x5+ b4x4+ b3x3+ b2x2+ b1x + b0 （2.1）
其中b i∈ GF(2)，0 ≤ i≤ 7，因此，GF(28)中的每一个元素都可以看成是一个
字节，例如，一个由 01010111 组成的字节可表示多项式x6 + x4+ x 2+ x+ 1，也可以是十六进制的‘57’。在实际操作过程中，到底采用哪种表示方法，要看具体的情况。
a.有限域GF(28)中的两个元素相加，输入的元素用多项式表示，其系数是两个元素中的对应系数的模2相加。显然，有限域GF(28)中的两个元素的加法与两个字节的按位模2加是一致的。两个字节的按位模2加用+表示。
例如：{57}+{83}={D4}
0 1 0 1 0 1 1 1
+1 0 0 0 0 0 1 1
1 1 0 1 0 1 0 0
实际上，加法就是最简单的二进制的按位异或的结果，或者也可用多项式概念：( x6 + x4+ x2+ x + 1) + ( x7 + x + 1)= x7+ x6+ x4 + x2
(2.2)
b.有限域GF(28)中两个元素的乘法为模GF(2)域上的一个8次不可约多项式的多项式乘法，乘法用*表示。一个多项式是不可约的，就是它除 1 和其自身之外没有其他的因子。对于 AES，这个不可约多项式为
m ( x ) = x8+ x4+ x3+ x+ 1 (2.3) m ( x )用二进制表示为 0000000100011011( 两个字节 ) ，用十六进制表示为0x011b。有限域乘法比较复杂，先把两个输入化为多项式的形式，然后进行
乘法运算，合并同类项，当x次幂的系数大于2时，此项消去，剩下次数为1 的式子。
例如：{57}?{83}={C1}
由( x6 + x4 + x2 + x + 1) *( x7 + x + 1)
= x13 + x11 + x9 + x8 + x6 + x5 + x4 + x3+1
(x13 + x11 + x9 + x8 + x6 + x5 + x4 + x3 + 1)mod m ( x )
= (x13 + x11 + x9 + x8 + x6 + x5 + x4 + x3 + 1)mod m ( x8 + x4 + x3 +x+1 )
= x7 + x6+1
如果 a ( x )?b ( x )mod m ( x) = 1，则称b ( x )是 a ( x )的逆元。但是实际计算时用此方法的比较少，因为b ( x )很难找到，需要很多次的尝试。所以经常用欧几里德扩展算法来求输入元素的逆元。
对任何的系数在二元域GF (2)中并且次数小于8的多项式b ( x )，利用欧几里德扩展算法可以计算b ( x )和c ( x )，使得
a ( x )
b ( x ) +
c ( x ) m ( x) = 1 (2.4) 这就说明b ( x )的逆元素为
a ( x )-1=b( x ) mod m( x) (2.5)
其中a ( x )为输入元素的多项式表示，b ( x )就是输入元素的逆元。另外,对于任意的a ( x ), b ( x ), c ( x ) ∈ GF(28)，都有
a ( x )?(
b ( x ) +
c ( x )) = a ( x )?b ( x ) + a ( x )?c ( x) (2.6)
由上面的讨论不难看出，在按位模2加法运算+和乘法运算*下,256个可
能字节值的集合构成了有限域GF(28)。
2.1.2 系数在有限域GF(28)上的多项式的运算
在 AES 算法中还要用到有限环GF(28)[ x ] / ( x4 + 1)中的运算。该环中的加法定义为简单的比特位异或，乘法运算相对复杂。假定有两个系数为GF(28)上的多项式：a ( x )= a3x3 + a2x2+ a1x + a0和b ( x )= b3x3 + b2x2 + b1x + b0，则显然c ( x ) = b ( x ) a ( x)，乘积定义如下：
c ( x )= c6x 6+ c5x5 + c4 x4+ c3x3+ c2x2 + c1x +c0 (2.7) 其中
c0 = a0?b0 (2.8)
c1= a1? b0⊕ a0?b1 (2.9)
c2= a2?b0⊕a1?b1 ⊕ a0?b2 (2.10)
c3= a3?b0⊕ a2? b1⊕ a1? b2⊕ a0?b3 (2.11)
c4= a3?b1⊕ a2?b2⊕ a1?b3 (2.12)
c5= a3?b2⊕ a2?b3 (2.13)
c6 = a3?b3 (2.14)可以看出，c ( x )不是一个4字节的字。通过对c ( x )模一个4次多项式求余可以得到一个次数小于4的多项式。在AES中，这一模多项式为：M ( x ) = x4+ 1。 AES中两个GF(28)上的多项式的乘法定义为模M(x)乘法，这种乘法可以
用?表示。
设 d ( x ) = a ( x )?b ( x)
可计算为：d ( x )= d 3 x 3 + d 2 x 2 + d 1x + d 0，
其中
d 3 = a 3?b 0 ⊕ a 2?b 1 ⊕ a 1?b 2 ⊕ a 0?b 3 (2.15)
d 2 = a 2?b 0 ⊕ a 1?b 1 ⊕ a 0?b 2 ⊕ a 3?b 3 (2.16)
d 1 = a 1?b 0 ⊕ a 0?b 1 ⊕ a 3?b 2 ⊕ a 2?b 3 (2.17)
d 0 = a 0?b 0 ⊕ a 3?b 1 ⊕ a 2?b 2 ⊕ a 1?b 3 (2.18)
可以看出，用一个固定的多项式a ( x )与多项式b ( x )作?运算可以写成矩阵乘法，即
??????????????
??????????=3210
210310
32032112303210b b b b a a a a a a a a a a a a a a a a d d d d (2.19) 其中矩阵是一个循环矩阵。由于x 4 + 1不是GF(28)上的不可约多项式，因此多项式 a ( x )= a 3x 3 + a 2x 2 + a 1x + a 0，a i ∈ GF(28)不一定有可逆元素，但是如果 gcd( a ( x ), x 4 + 1) = 1，则a ( x )在GF(28)[ x ] / ( x 4 + 1)中有可逆元。那么在 AES 中选择一个由逆元的固定多项式：
a ( x ) = {03}? x 3 + {01}? x 2 + {01}?x+{02} (2.20) a -1( x ) = {0b} ?x 3 + {0d} ?x 2 + {09}?x + {0e} (2.21) a ( x ) ?a -1( x ) = a ( x ) ?a -1( x) = {01} (2.22) 考虑用多项式x 乘
b ( x )，显然
x ? b ( x )= b 2 x 3 + b 1 x 2 + b 0 x +b 3
假设 c ( x ) = x ?b ( x )= c 3x 3 + c 2x 2 + c 1x + c 0
则矩阵形式表示为
?????
???????????????????=????????????3210000100000000010000000001010000003210b b b b c c c c (2.23) 因此，用x 或者x 的方幂GF(28)上的多项式等于一个4字节的左循环移位。
2.2 AES 算法描述
2.2.1算法的总体描述
AES 分组长度为128位，有三种可选的密钥长度，即128位、192位和256位。AES 是一个迭代型密码；轮数Nr 依赖于密钥长度。如果密钥长度为128位，则Nr = 10;如果密钥长度位192位，Nr = 12；如果密钥长度位256位，则Nr =
14。AES 的密钥长度与加密轮数之间的变动，如表2.1所示。 表2.1 AES 的密钥长度与加密轮数的对照
标准
密钥长度 加解密轮数（Nr ） AES-128
AES-192
AES-256 128 192 256 10 12
14
AES 算法中分组长和密钥长的组合决定了需要加密多少轮后才能达到安全性的要求。加密轮数与分组长和密钥长的对照表如表 2.2，Nb 是分组长度的列数，Nr 加密轮数，Nk 密钥长的列数。
表2.2 加密轮数与分组长和密钥长的对照表
AES 中的操作都是以字节为基础的，所有用到的变量都是由适当数量的字节组成。中间变量State 用4 * 4字节矩阵表示，如表2.3所示。
表2.3 四行四列的矩阵
下面给我出AES 加密的总体描述：
a.给定一个明文M ，将State 初始化为M ，并将轮密钥和State 异或（称为AddRoundKey ）；
b.对前Nr-1轮中的第一轮，用S-盒进行一次替换操作（称为SubBytes ）；对替换结果State 做行移位操作（称为ShiftRows ）；再对State 做列混合变换 a 00 a 01 a 02 a 03
a 10 a 11 a 12 a 13 a 20 a 21 a 22 a 23
a 30 a 31 a 32 a 33
（MixColumns，也称为列混淆变换）；然后进行AddRoundKey操作。
c.在最后一轮中依次进行SubBytes，ShiftRows和AddRoundKey操作。
d.将State定义为密文C。
AES的加密过程可用如下的伪代码进行描述。
AESCipher(byte in[16],byte out[16],word w[4*(Nr + 1)])
//in[]、out[]和w[]分别表示AES加密的输入、输入和子密钥
{
byte state[4,4]; //中间变量
state = in; //用输入以列为顺序来初始化中间变量，即，state[r,c] = in[r+4c],0 <= r、4 < c AddRoundKey(state,w[0,3]);
//前Nr - 1轮加密
for(int round = 1;round < Nr - 1;round++)
{
SubBytes(state);
ShiftRows(state);
MixColumns(state);
AddRoundKey(state,w[4 * round,4 * round + 3]);
}
//最后一轮加密
SubBytes(state);
ShiftRows(state);
AddRoundKey(state,w[4 * Nr,4 * Nr + 3]);
out = state;
}
2.2.2 算法的基本变换
a.字节替换变换（SubBytes）
字节替换操作使用一个S-盒对State的每个字节都进行独立的替换。表2.4给出了AES的S-盒。
与DES的S-盒相比，AES的S-盒能进行代数上的定义，而不是DES的S-盒那样是比较明显的“随机”代换。
S-盒按如下的方式构造：
(1)行x列y的字节初始化为十六进制的{xy}。
(2)把S-盒中的每一个字节映射为在有限域GF(28)中的逆；{00}不变。
(3)把S-盒中的每一个字节转换为二进制表示（b7，b6，b5，b4，b3，b2，b1，b0），然后进行如下的仿射变化
????????????
??????????????+????????????????????????????????????????????????????=??????????????????????????01100011b7b6b5b4b3b2b1b0111110000111110000111110
0001111110001111
1100011111100011111100017766554433221100b b b b b b b b (2.24) 表2.3 AES 的S-盒
b.行移位变换（ShiftRows ）
State 的第一行保持不动，第二行循环左移动一个字节，第三行循环左移动两个字节，第四行移动循环左移动三个字节，如图1.1所示。
图2.2 行移位变换
c.列混淆变换（MixColumns ）
列混合变换对State 中的每列进行独立的操作，它把每个列都看成GF(28)中的一个四项多项式s(x)，再与GF(28)上的固定多项式a(x) = {03}x 3 + {01}x 2 + {01}x + {02}进行x 4 + 1的乘法运算。如对第c 列(0 <= c <= 3)，其对应的GF(28)中的多项式s c (x) = s 0,c + s 1,c x + s 2,c x 2+ s 3,c x 3，则列混合变换后的值为s`c (x) =
s c (x)?a(x)。其矩阵乘法表示如下
?????
???????????????????=????????????c s c s c s c s c s c s c s c s ,3,2,1,0020101030302010101030201
01010302,3`,2`,1`,0` (2.25) 其中0 <= c <=3。
2.2.3 密钥扩展算法
AES 算法中每轮加密的轮密钥是利用密钥扩展算法对加密密钥扩展得到的。密钥扩展及轮密钥选择的原理是：对加密密钥扩展得到轮密钥，轮密钥的总位数等于分组长度乘以轮数加 1；在密钥扩展得到的轮密钥中依次选取与分组长度相同数目的密钥用于轮密钥加运算。采用密钥扩展函数对加密密钥的扩展算法如下。
ExpandedKey (byte K[4*Nk] word W[Nb*(Nr+1)])
//K[]表示初始密钥，w[]表示扩展后的密钥，Nk 为密钥长度（以字节为单位） {
for (i=0;i W[i]=(K[4*i], K[4*i+1], K[4*i+2], K[4*i+3]); //把四个单位字节按照从高到低位的顺序表示为一个字 for(i=Nk;i { temp=W[i-1]; if(Nk ≤6) { if(i%Nk==0) temp=SubBytes(RotByte(temp)^Rcon[i/Nk]); } else { if(i%Nk==0) temp=SubBytes(RotByte(temp)^Rcon[i/Nk]); elseif(i%Nk==4) temp=SubBytes(temp); } W[i]=W[i-Nk]^temp; } } 其中Nb 是分组长的列数，Nr 加密轮数，Nk 密钥长的列数。SubByte(W)返回四字节向量 W 的每个字节的 S-盒置换值；RotByte(W)将 W 循环向左移动一个 字节，如(a,b,c,d)经过变换后返回(b,c,d,a)；轮常数Rcon[i]是与轮数有关的常数，Rcon[i]=(RC[i],…00?,…00?,…00?)，RC[1]=…01?，RC[i]=x i-1(x一般为‘02’)。 2.2.4 解密算法 AES的解密算法与加密算法有较大的不同，它的伪代码描述如下： AESDecipher(byte in[16],byte out[16],word w[4*(Nr + 1)]) { byte state[4,4]; state = in; AddRoundKey(state,w[4*Nr,4*Nr+3]); for(int round = Nr- 1;round>0;round--)//前Nr-1轮解密 { InvShiftRows(state); InvSubBytes(state); AddRoundKey(state,w[4*round,4*round+3]); InvMixColumns(state); }//最后一轮加密 InvShiftRows(state); InvSubBytes(state); AddRoundKey(state,w[0,3]); } 容易看出，AES的解密过程使用了四种的逆变换，即InvSubBytes()、InvShiftRows()、InvMixColumns()及AddRoundKey()(AddRoundKey的逆变换是它本身)，以相反的顺序对由密文映射得到状态矩阵进行变换完成。另外，AES 的解密过程使用的子密钥相同，但使用的顺序相反。 a.InvSubBytes变换 InvSubBytes变换是字节替换变换(SubBytes)的逆变换，即先用到了仿射变换的逆变换，在计算GF(28)中的乘法逆。逆S-盒对状态矩阵中的每一字节进行逆变换。InvSubBytes变换可以通过表2.4所示的逆S-盒实现。 b.InvShiftRows变换 InvShiftRows变换是行移位变换(ShiftRows)的逆变换，即它对状态矩阵的各行按相反的方向进行循环移位操作。因此，状态矩阵各行的移位情况如下：第一行保持不变；第二行循环右移一个字节；第三行循环右移两个字节；第四行循环右移三个字节。 c.InMixColumns变换 InMixColumns变换是列混合变换(MixColumns)的逆变换。InMixColumns()同样逐列处理状态矩阵，它把每一列都当作系数GF(28)有限域上的四项多项式。 与MixColumns变换对应，InMixColumns变换把列多项式与多项式a(x)相对于模多项式x4+1的逆a-1(x)相乘 《现代密码学习题》答案 第一章 1、1949 年，（ A ）发表题为《保密系统的通信理论》的文章，为密码系统建立了理 论基础，从此密码学成了一门科学。 A、Shannon B 、Diffie C、Hellman D 、Shamir 2、一个密码系统至少由明文、密文、加密算法、解密算法和密钥 5 部分组成，而其安全性是由（ D）决定的。 A、加密算法 B、解密算法 C、加解密算法 D、密钥 3、计算和估计出破译密码系统的计算量下限，利用已有的最好方法破译它的所需要 的代价超出了破译者的破译能力（如时间、空间、资金等资源），那么该密码系统的安全性是（ B ）。 A 无条件安全 B计算安全 C可证明安全 D实际安全 4、根据密码分析者所掌握的分析资料的不通，密码分析一般可分为 4 类：唯密文攻击、已知明文攻击、选择明文攻击、选择密文攻击，其中破译难度最大的是（ D ）。 A、唯密文攻击 B 、已知明文攻击 C 、选择明文攻击D、选择密文攻击 5、1976 年，和在密码学的新方向一文中提出了公开密钥密码的思想， 从而开创了现代密码学的新领域。 6、密码学的发展过程中，两个质的飞跃分别指1949年香农发表的保密系统的通 信理论和公钥密码思想。 7、密码学是研究信息寄信息系统安全的科学，密码学又分为密码编码学和密码分析学。 8、一个保密系统一般是明文、密文、密钥、加密算法、解密算法5部分组成的。 对9、密码体制是指实现加密和解密功能的密码方案，从使用密钥策略上，可分为 称和非对称。 10、对称密码体制又称为秘密密钥密码体制，它包括分组密码和序列密码。 第二章 1、字母频率分析法对（ B ）算法最有效。 A、置换密码 B 、单表代换密码C、多表代换密码D、序列密码 2、（D）算法抵抗频率分析攻击能力最强，而对已知明文攻击最弱。 A 仿射密码 B维吉利亚密码C轮转密码 D希尔密码 3、重合指数法对（ C）算法的破解最有效。 A 置换密码 B单表代换密码C多表代换密码 D序列密码 4、维吉利亚密码是古典密码体制比较有代表性的一种密码，其密码体制采用的是 （C ）。 DES算法实验报告 姓名：学号：班级： 一、实验环境 1．硬件配置：处理器（英特尔Pentium双核E5400 @ 2.70GHZ 内存：2G） 2．使用软件： ⑴操作系统：Windows XP 专业版32位SP3(DirectX 9.0C) ⑵软件工具：Microsoft Visual C++ 6.0 二、实验涉及的相关概念或基本原理 1、加密原理 DES 使用一个 56 位的密钥以及附加的 8 位奇偶校验位，产生最大 64 位的分组大小。这是一个迭代的分组密码，使用称为 Feistel 的技术，其中将加密的文本块分成两半。使用子密钥对其中一半应用循环功能，然后将输出与另一半进行“异或”运算；接着交换这两半，这一过程会继续下去，但最后一个循环不交换。DES 使用 16 个循环，使用异或，置换，代换，移位操作四种基本运算。 三、实验内容 1、关键代码 ⑴子密钥产生 ⑵F函数以及加密16轮迭代 2、DES加密算法的描述及流程图 ⑴子密钥产生 在DES算法中，每一轮迭代都要使用一个子密钥，子密钥是从用户输入的初始密钥产生的。K是长度为64位的比特串，其中56位是密钥，8位是奇偶校验位，分布在8，16，24，32，40，48，56，64比特位上，可在8位中检查单个错误。在密钥编排计算中只用56位，不包括这8位。子密钥生成大致分为：置换选择1（PC-1）、循环左移、置换选择2（PC-2）等变换，分别产生16个子密钥。 DES解密算法与加密算法是相同的，只是子密钥的使用次序相反。 ⑵DES加密算法 DES密码算法采用Feistel密码的S-P网络结构，其特点是：加密和解密使用同一算法、 常州工学院 计算机信息工程学院 《数据结构》课程设计报告 题目 DES加密算法的实现 班级 14软一 学号姓名王磊（组长） 学号姓名王凯旋 学号姓名陶伟 2016年01月06日 一，实验名称： DES加密算法的实现 二，实验内容： a)熟悉DES算法的基本原理； b)依据所算则的算法，编程实现该该算法； c)执行程序并分析结果； 三，实验原理 1，概述 DES是一种分组加密算法，他以64位为分组对数据加密。64位一组的明文从算法的一端输入，64位的密文从另一端输出。DES是一个对称算法：加密和解密用的是同一个算法（除密钥编排不同以外）。密钥的长度为56位(密钥通常表示为64位的数，但每个第8位都用作奇偶检验，可以忽略)。密钥可以是任意的56位数，且可以在任意的时候改变。 DES算法的入口参数有3个：Key，Data，Mode。其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或解密的数据：Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。 DES算法的工作过程：若Mode为加密，则用Key对数据Data进行加密，生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；若Mode 为解密，则用Key对密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式（64位）作为DES的输出结果。 2，DES算法详述 DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，他所使用的密钥也是64位，DES对64 位的明文分组进行操作。通过一个初始置换，将明文分组分成左半部分和右半部分，各32位长。然后进行16轮相同的运算，这些相同的运算被称为函数f，在运算过程中数据和密钥相结合。经过16轮运算后左、右部分在一起经过一个置换（初始置换的逆置换），这样算法就完成了。 （1）初始置换 其功能是把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0，R0两部分，每部分各长32位， 即将输入的第58位换到第1位，第50位换到第2位，…，依次类推，最后一位是原来的第7位，L0，R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0是右32位。。 （2）逆置换 经过16次迭代运算后，得到L16，R16，将此作为输入进行逆置换，即得到密文输出。逆置换正好是初始置换的逆运算。例如，第1位经过初始置换后，处于第40位，而通过逆置换，又将第40位换回到第1位。 （3）函数f(Ri,Ki)的计算 “扩展置换”是将32位放大成48位，“P盒置换”是32位到32位换位， 在（Ri,Ki）算法描述图中，选择函数功能是把6 b数据变为4 b数 《现代密码学》读书报告 目录 一、文献的背景意义、研究目的、核心思想 (3) 二、国内外相关研究进展 (5) 现代密码学的产生 (5) 近代密码学的发展 (6) 三、文献所提方法（或算法、方案）的主要步骤或过程 (7) 对称加密算法 (7) 公开密钥算法 (7) 四、文献所提方法的优缺点 (8) 对称加密算法的优点和缺点： (8) 五、文献所提方法与现有方法的功能与性能比较 (9) 对称算法与公钥算法的比较： (9) 六、文献所提方法的难点或关键点 (10) 七、阅读中遇到的主要障碍 (10) 八、阅读体会 (11) 九、参考文献 (11) 一、文献的背景意义、研究目的、核心思想 密码学(Cryptography)在希腊文用Kruptos(hidden)+graphein(to write)表达，现代准确的术语为“密码编制学”，简称“编密学”，与之相对的专门研究如何破解密码的学问称之为“密码分析学”。密码学是主要研究通信安全和保密的学科，他包括两个分支：密码编码学和密码分析学。密码编码学主要研究对信息进行变换，以保护信息在传递过程中不被敌方窃取、解读和利用的方法，而密码分析学则于密码编码学相反，它主要研究如何分析和破译密码。这两者之间既相互对立又相互促进。密码的基本思想是对机密信息进行伪装。一个密码系统完成如下伪装：加密者对需要进行伪装机密信息（明文）进行伪装进行变换（加密变换），得到另外一种看起来似乎与原有信息不相关的表示（密文），如果合法者（接收者）获得了伪装后的信息，那么他可以通过事先约定的密钥，从得到的信息中分析得到原有的机密信息（解密变换），而如果不合法的用户（密码分析者）试图从这种伪装后信息中分析得到原有的机密信息，那么，要么这种分析过程根本是不可能的，要么代价过于巨大，以至于无法进行。 “密码”一词对人们来说并不陌生，人们可以举出许多有关使用密码的例子。如保密通信设备中使用“密码”，个人在银行取款使用“密码”，在计算机登录和屏幕保护中使用“密码”，开启保险箱使用“密码”，儿童玩电子游戏中使用“密码”等等。这里指的是一种特定的暗号或口令字。现代的密码已经比古代有了长远的发展，并逐渐形成一门科学，吸引着越来越多的人们为之奋斗。 从专业上来讲，密码是通信双方按约定的法则进行信息特殊变换的一种重要保密手段。依照这些法则，变明文为密文，称为加密变换；变密文为明文，称为脱密变换。密码在早期仅对文字或数码进行加、脱密变换，随着通信技术的发展，对语音、图像、数据等都可实施加、脱密变换。 为了研究密码所以就有了密码学。密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学。研究密码变化的客观规律，应用于编制密码以保守通信秘密的，称为编码学；应用于破译密码以获取通信情报的，称为破译学，总称密码学。 进行明密变换的法则，称为密码的体制。指示这种变换的参数，称为密钥。它们是密码编制的重要组成部分。密码体制的基本类型可以分为四种：错乱——按照规定的图形和线路，改变明文字母或数码等的位置成为密文；代替——用一 AES加密算法的实现及应用 摘要:AES加密算法具有安全性高,运行速度快,对硬件配置要求低,算法属于对称算法等优点,非常适合硬件的实现。课题对于AES加密算法进行改进,提高程序运行效率进行了研究。研究主要包括AES加密算法的改进,C语言实现,以及完成对数据流的加密和解密过程,同时对AES加密算法的应用进行了简单介绍。 关键词:AESC语言加密 前言: AES加密算法作为DES加密算法的替代品,具有安全、高效以及在不同硬件和软件[6]运行环境下表现出的始终如一的良好性能,因此该算法具有较高的开发潜力和良好的实用价值。本研究主要包括AES加密算法的改进,C语言实现,以及完成对数据流的加密和解密过程,同时对AES加密算法的应用进行了简单介绍。 一、AES加密算法的改进及实现 (1)AES加密算法的流程图 在图1.1中,Round代表加密的轮数,即程序循环次数。State代表状态矩阵,一个存储原始数据的数组。RoundKey代 表经过扩展运算后的密钥数组。ByteSub()代表置换函数,对状态矩阵State中的数据进行置换。ShiftRow()代表移位函数,对状态矩阵State中的数据进行移位运算。MixColumn()代表列混合运算函数,对状态矩阵State中的数据进行列混合运算。AddRoundKey()代表异或运送函数,对数组State和数组RoundKey进行异或运算。由上图可以看出,最后一次轮变换比前几次轮变换少执行一次MixColumn()函数。 (2)AES解密算法的流程图 在图1.2中,Round代表加密的轮数,即程序循环次数。State代表状态矩阵,一个存储原始数据的数组。RoundKey代表经过扩展运算后的密钥数组。InvByteSub()代表置换函数,对状态矩阵State中的数据进行置换。InvShiftRow()代表移位函数,对状态矩阵State中的数据进行移位运算。InvMixColumn()代表列混合运算函数,对状态矩阵State中的数据进行列混合运算。由上图可以看出,最后一次轮变换比前几次轮变换少执行一次MixColumn()函数。 二、AES加密算法复杂度分析 下面对改进前的算法和改进后的算法进行复杂度分析[8]以及程序执行效率的分析。 设b为0x00―0xff中的任意常数,以0x09*b为例进行讨 目录 摘要 (3) 一、目的与意义 (4) 二、DES概述 (5) 三、DES加解密算法原理 (7) 1.加密 (6) 2.子密钥生成 (11) 3.解密 (13) 四、加解密算法的实现 (14) 1.软件版本 (14) 2.平台 (14) 3.源代码 (14) 4.运行结果 (24) 五、总结 (25) 【摘要】1973年5月15 日，美国国家标准局（现在的美国国家标准就是研究所，即NIST）在联邦记录中公开征集密码体制，这一举措最终导致了数据加密标准（DES）的出现，它曾经成为世界上最广泛使用的密码体制。DES由IBM开发，它是早期被称为Lucifer体制的改进。DES在1975年3月17日首次在联邦记录中公布，在经过大量的公开讨论后，1977年2月15日DES被采纳为“非密级”应用的一个标准。最初预期DES作为标准只能使用10～15年；然而，事实证明DES要长寿得多。被采纳后，大约每隔5年就被评审一次。DES的最后一次评审是在1999年1月。 本文阐述了DES发展现状及对网络安全的重要意义，并在此基础上对DES算法原理进行详细的介绍和分析。通过应用DES算法加解密的具体实现，进一步加深对DES算法的理解，论证了DES算法具有加密快速且强壮的优点，适合对含有大量信息的文件进行加密，同时分析了DES算法密钥过短（56位）所带来的安全隐患。 【关键词】DES 加密解密明文密文 一、目的与意义 随着计算机和通信网络的广泛应用，信息的安全性已经受到人们的普遍重视。信息安全已不仅仅局限于政治，军事以及外交领域，而且现在也与人们的日常生活息息相关。现在，密码学理论和技术已得到了迅速的发展，它是信息科学和技术中的一个重要研究领域。在近代密码学上值得一提的大事有两件：一是1977年美国国家标准局正式公布实施了美国的数据加密标准（DES），公开它的加密算法，并批准用于非机密单位及商业上的保密通信。密码学的神秘面纱从此被揭开。二是Diffie和Hellman联合写的一篇文章“密码学的新方向”，提出了适应网络上保密通信的公钥密码思想，拉开了公钥密码研究的序幕。 DES（Data Encryption Standard）是IBM公司于上世纪1977年提出的一种数据加密算法。在过去近三十年的应用中，还无法将这种加密算法完全、彻底地破解掉。而且这种算法的加解密过程非常快，至今仍被广泛应用，被公认为安全的。虽然近年来由于硬件技术的飞速发展，破解DES已经不是一件难事，但学者们似乎不甘心让这样一个优秀的加密算法从此废弃不用，于是在DES的基础上有开发了双重DES（DoubleDES,DDES）和三重DES（Triple DES,TDES）。 在国内，随着三金工程尤其是金卡工程的启动，DES 算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC 卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，以此来实现关键数据的保密，如信用卡持卡人的PIN 码加密传输，IC 卡与POS 间的双向认证、金融交易数据包的MAC 校验等，均用到DES 算法。DES加密体制是ISO颁布的数据加密标准。 因此研究DES还是有非常重要的意义。 一．选择题 1、关于密码学的讨论中，下列（D ）观点是不正确的。 A、密码学是研究与信息安全相关的方面如机密性、完整性、实体鉴别、抗否认等的综 合技术 B、密码学的两大分支是密码编码学和密码分析学 C、密码并不是提供安全的单一的手段，而是一组技术 D、密码学中存在一次一密的密码体制，它是绝对安全的 2、在以下古典密码体制中，属于置换密码的是（B）。 A、移位密码 B、倒序密码 C、仿射密码 D、PlayFair密码 3、一个完整的密码体制，不包括以下（?C?? ）要素。 A、明文空间 B、密文空间 C、数字签名 D、密钥空间 4、关于DES算法，除了（C ）以外，下列描述DES算法子密钥产生过程是正确的。 A、首先将DES 算法所接受的输入密钥K（64 位），去除奇偶校验位，得到56位密钥（即经过PC-1置换，得到56位密钥） B、在计算第i轮迭代所需的子密钥时，首先进行循环左移，循环左移的位数取决于i的值，这些经过循环移位的值作为下一次 循环左移的输入 C、在计算第i轮迭代所需的子密钥时，首先进行循环左移，每轮循环左移的位数都相同，这些经过循环移位的值作为下一次循 环左移的输入 D、然后将每轮循环移位后的值经PC-2置换，所得到的置换结果即为第i轮所需的子密钥Ki 5、2000年10月2日，NIST正式宣布将（B ）候选算法作为高级数据加密标准，该算法是由两位比利时密码学者提出的。 A、MARS B、Rijndael C、Twofish D、Bluefish *6、根据所依据的数学难题，除了（A ）以外，公钥密码体制可以分为以下几类。 A、模幂运算问题 B、大整数因子分解问题 C、离散对数问题 D、椭圆曲线离散对数问题 7、密码学中的杂凑函数（Hash函数）按照是否使用密钥分为两大类：带密钥的杂凑函数和不带密钥的杂凑函数，下面（C ）是带密钥的杂凑函数。 A、MD4 B、SHA-1 实验报告 课程：计算机保密_ _ 实验名称：数据的加密与解密_ _ 院系(部)：计科院_ _ 专业班级：计科11001班_ _ 学号： 201003647_ _ 实验日期： 2013-4-25_ _ 姓名： _刘雄 _ 报告日期： _2013-5-1 _ 报告评分：教师签字： 一. 实验名称 数据加密与解密 二.运行环境 Windows XP系统 IE浏览器 三.实验目的 熟悉加密解密的处理过程，了解基本的加密解密算法。尝试编制基本的加密解密程序。掌握信息认证技术。 四.实验内容及步骤 1、安装运行常用的加解密软件。 2、掌握加解密软件的实际运用。 *3、编写凯撒密码实现、维吉尼亚表加密等置换和替换加解密程序。 4、掌握信息认证的方法及完整性认证。 （1）安装运行常用的加解密软件,掌握加解密软件的实际运用 任务一：通过安装运行加密解密软件（Apocalypso.exe；RSATool.exe；SWriter.exe等（参见：实验一指导））的实际运用，了解并掌握对称密码体系DES、IDEA、AES等算法，及非对称密码体制RSA等算法实施加密加密的原理及技术。 ?DES：加密解密是一种分组加密算法，输入的明文为64位，密钥为56位，生成的密文为64位。 ?BlowFish：算法用来加密64Bit长度的字符串或文件和文件夹加密软件。 ?Gost(Gosudarstvennyi Standard)：算法是一种由前苏联设计的类似DES算法的分组密码算法。它是一个64位分组及256位密钥的采用32轮简单迭代型加密算法. ?IDEA：国际数据加密算法：使用128 位密钥提供非常强的安全性； ?Rijndael：是带有可变块长和可变密钥长度的迭代块密码（AES 算法）。块长和密钥长度可以分别指定成128、192 或256 位。 ?MISTY1：它用128位密钥对64位数据进行不确定轮回的加密。文档分为两部分：密钥产生部分和数据随机化部分。 ?Twofish：同Blowfish一样，Twofish使用分组加密机制。它使用任何长度为256比特的单个密钥，对如智能卡的微处理器和嵌入在硬件中运行的软件很有效。它允许使用者调节加密速度，密钥安装时间，和编码大小来平衡性能。 ?Cast-256：AES 算法的一种。 （同学们也可自己下载相应的加解密软件，应用并分析加解密过程） 任务二：下载带MD5验证码的软件（如：https://www.doczj.com/doc/e910652335.html,/downloads/installer/下载（MySQL）：Windows (x86, 32-bit), MSI Installer 5.6.11、1.5M；MD5码: 20f788b009a7af437ff4abce8fb3a7d1），使用MD5Verify工具对刚下载的软件生成信息摘要，并与原来的MD5码比较以确定所下载软件的完整性。或用两款不同的MD5软件对同一文件提取信息摘要，而后比较是否一致，由此可进行文件的完整性认证。 AES算法加解密原理及安全性分析 刘帅卿 一、AES算法简介 AES算法是高级加密标准算法的简称，其英文名称为Advanced Encryption Standard。该加密标准的出现是因为随着对称密码的发展,以前使用的DES（Data Encryption Standard数据加密标准）算法由于密钥长度较小(56位),已经不适应当今数据加密安全性的要求，因此后来由Joan Daeman和Vincent Rijmen提交的Rijndael算法被提议为AES的最终算法。 AES是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192和256位密钥，并且用128位(16字节)分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换(permutations)和替换(substitutions)输入数据。加之算法本身复杂的加密过程使得该算法成为数据加密领域的主流。 二、AES算法的基本概念 1、有限域（GF） 由于AES算法中的所有运算都是在有限域当中进行的，所以在理解和实现该算法之前先得打好有限域这一基石才行。通常的数学运算都是在实数域中进行，而AES算法则是在有限域中进行，我们可以将有限域看成是有确定边界范围的正整数集合，在该集合当中，任意两个元素之间的运算结果都仍然落在该集合当中，也即满足运算封闭性。 那么如何才能保证这样的“有限性”（也即封闭性）呢？ GF（2w）被称之为伽罗华域，是有限域的典型代表。随着w（=4,8,16,…）的取值不同所形成的有限域范围也不同。AES算法中引入了GF域当中对数学运算的基本定义：将两数的加减法定义为两者的异或运算；将两数的乘法定义为多 DES加密算法分析 [摘要]DES数据加密算法是使用最广的分组加密算法，它作为最著名的保密密钥或对称密钥加密算法，在计算机密码学及计算机数据通信的发展过程中起了重要作用。本次学年论文是主要是学习介绍DES对 称密钥数据加密算法，并用c++实现。DES算法具有较高的安全性，为我们进行一般的计算机数据传输活 动提供了安全保障。 [关键词] 加密与解密，DES算法，S-盒 引言 密码学是伴随着战争发展起来的一门科学，其历史可以追溯到古代，并且还有过辉煌的经历。但成为一门学科则是近20年来受计算机科学蓬勃发展的刺激结果。今天在计算机被广泛应用的信息时代，信息本身就是时间，就是财富。如何保护信息的安全（即密码学的应用）已不再局限于军事、政治和外交，而是扩大到商务、金融和社会的各个领域。特别是在网络化的今天，大量敏感信息（如考试成绩、个人简历、体检结果、实验数据等）常常要通过互联网进行交换。（现代电子商务也是以互联网为基础的。）由于互联网的开放性，任何人都可以自由地接入互联网，使得有些不诚实者就有可能采用各种非法手段进行破坏。因此人们十分关心在网络上交换信息的安全性。普遍认为密码学方法是解决信息安全保护的一个最有效和可行的方法。有效是指密码能做到使信息不被非法窃取，不被篡改或破坏，可行是说它需要付出的代价是可以接受的。 密码是形成一门新的学科是在20世纪70年代。它的理论基础之一应该首推1949年Shannon的一篇文章“保密系统的通信理论”，该文章用信息论的观点对信息保密问题作了全面的阐述。这篇文章过了30年后才显示出它的价值。1976年，Diffie和Hellman发表了论文《密码学的新方向》，提出了公钥密码体制的新思想，这一思想引发了科技界对研究密码学的极大兴趣，大量密码学论文开始公开发表，改变了过去只是少数人关起门来研究密码学的状况。同时为了适应计算机通信和电子商务迅速发展的需要，密码学的研究领域逐渐从消息加密扩大到数字签名、消息认证、身份识别、抗欺骗协议等新课题[1]。 美国国家标准局（NBS）1973年开始研究除国防部外的其它部门的计算机系统的数据加密标准，并批准用于非机密单位及商业上的保密通信。于1973年5月15日和1974年8月27日先后两次向公众发出了征求加密算法的公告。1977年1月，美国政府颁布：采用IBM公司1971年设计出的一个加密算法作为非机密数据的正式数据加密标准（DES : Data Encryption Standard）。DES广泛应用于商用数据加密，算法完全公开，这在密码学史上是一个创举[2]。 在密码学的发展过程中，DES算法起了非常重要的作用。本次学年论文介绍的就是分组加密技术中最典型的加密算法——DES算法。 1概述 1.1加密与解密 加密技术是基于密码学原理来实现计算机、网络乃至一切信息系统安全的理论与技术基础。简单的说，加密的基本意思是改变信息的排列形式，使得只有合法的接受才能读懂，任何他人即使截取了该加密信息也无法使用现有的手段来解读。解密是我们将密文转换成能够直接阅读的文字（即明文）的过程称为解密，它是加密的反向处理，但解密者必须利用相同类型的加密设备和密钥对密 混合离散对数及安全认证 摘要：近二十年来，电子认证成为一个重要的研究领域。其第一个应用就是对数字文档进行数字签名，其后Chaum希望利用银行认证和用户的匿名性这一性质产生电子货币，于是他提出盲签名的概念。 对于所有的这些问题以及其他的在线认证，零知识证明理论成为一个非常强有力的工具。虽然其具有很高的安全性，却导致高负荷运算。最近发现信息不可分辨性是一个可以兼顾安全和效率的性质。 本文研究混合系数的离散对数问题，也即信息不可识别性。我们提供一种新的认证，这种认证比因式分解有更好的安全性，而且从证明者角度看来有更高的效率。我们也降低了对Schnorr方案变形的实际安全参数的Girault的证明的花销。最后，基于信息不可识别性，我们得到一个安全性与因式分解相同的盲签名。 1．概述 在密码学中，可证明为安全的方案是一直以来都在追求的一个重要目标。然而，效率一直就是一个难以实现的属性。即使在现在对于认证已经进行了广泛的研究，还是很少有方案能兼顾效率和安全性。其原因就是零知识协议的广泛应用。 身份识别：关于识别方案的第一篇理论性的论文就是关于零知识的，零知识理论使得不用泄漏关于消息的任何信息，就可以证明自己知道这个消息。然而这样一种能够抵抗主动攻击的属性，通常需要许多次迭代来得到较高的安全性，从而使得协议或者在计算方面，或者在通信量方面或者在两个方面效率都十分低下。最近，poupard和stern提出了一个比较高效的方案，其安全性等价于离散对数问题。然而，其约减的代价太高，使得其不适用于现实中的问题。 几年以前，fiege和shamir就定义了比零知识更弱的属性，即“信息隐藏”和“信息不可分辨”属性，它们对于安全的识别协议来说已经够用了。说它们比零知识更弱是指它们可能会泄漏秘密消息的某些信息，但是还不足以找到消息。具体一点来说，对于“信息隐藏”属性，如果一个攻击者能够通过一个一次主动攻击发现秘密消息，她不是通过与证明者的交互来发现它的。而对于“信息不可分辨”属性，则意味着在攻击者方面看来，证据所用的私钥是不受约束的。也就是说有许多的私钥对应于一个公钥，证据仅仅传递了有这样一个私钥被使用了这样一个信息，但是用的是哪个私钥，并没有在证据传递的信息中出现。下面，我们集中考虑后一种属性，它能够提供一种三次传递识别方案并且对抗主动攻击。Okamoto 描述了一些schnorr和guillou-quisquater识别方案的变种，是基于RSA假设和离散对数子群中的素数阶的。 随机oracle模型：最近几年，随机oracle模型极大的推动了研究的发展，它能够用来证明高效方案的安全性，为设计者提供了一个有价值的工具。这个模型中理想化了一些具体的密码学模型，例如哈希函数被假设为真正的随机函数，有助于给某些加密方案和数字签名等提供安全性的证据。尽管在最近的报告中对于随机oracle模型采取了谨慎的态度，但是它仍然被普遍认为非常的有效被广泛的应用着。例如，在这个模型中被证明安全的OAPE加密 四川大学计算机学院、软件学院实验报告 学号：：专业：班级：第10 周 在程序运行读取需要加密的图片时，需要进行图片的选取，本次实验中使用在弹窗中选取文件的方式，使用头文件commdlg.h来实现在文件夹中选择需要的文件的选取。 三、加密算法流程 AES加密算法流程如下 字节代替：用一个S盒完成分组的字节到字节的代替； 行移位：进行一次行上的置换； 列混合：利用有限域GF(28)上的运算特性的一个代替； 轮密钥加：当前分组和扩展密钥的一部分进行按位异或。 四、代码实现 cryptograph.h #include 先搞定AES算法，基本变换包括SubBytes（字节替代）、ShiftRows（行移位）、MixColumns（列混淆）、AddRoundKey(轮密钥加） 其算法一般描述为 明文及密钥的组织排列方式 ByteSubstitution（字节替代） 非线性的字节替代，单独处理每个字节： 求该字节在有限域GF(28)上的乘法逆，"0"被映射为自身，即对于α∈GF(28)，求β∈GF(28)， 使得α·β=β·α=1mod(x8+x4+x2+x+1)。 对上一步求得的乘法逆作仿射变换 y i=x i + x(i+4)mod8 + x(i+6)mod8 + x(i+7)mod8 + c i (其中c i是6310即011000112的第i位），用矩阵表示为 本来打算把求乘法逆和仿射变换算法敲上去，最后还是放弃了...直接打置换表 下面是逆置换表，解密时使用 这里遇到问题了，本来用纯c初始化数组很正常，封装成类以后发现不能初始化，不管是声明、构造函数都无法初始化，百歌谷度了一通后没有任何答案，无奈只能在构造函数中声明一个局部变量数组并初始化，然后用memcpy，（成员变量名为Sbox/InvSbox，局部变量名sBox/invsBox） ShiftRows（行移位变换） 行移位变换完成基于行的循环位移操作，变换方法： 即行移位变换作用于行上，第0行不变，第1行循环左移1个字节，第2行循环左移2个字节，第3行循环左移3个字节。 MixColumns（列混淆变换） 逐列混合，方法： b(x) = (03·x3 + 01·x2 + 01·x + 02) · a(x) mod(x4 + 1) DES加密算法的实现及应用 学生姓名：梁帅指导老师：熊兵 摘要随着信息与通信技术的迅猛发展和广泛应用，人们通过互联网进行信息交流，难免涉及到密码保护问题，这就需要使用DES加密技术来对数据进行加密保护。本课程设计介绍了DES加密的基本原理以及简单的实现方法。本课程设计基于C语言，采用DES算法技术，设计了DES加密程序，实现了DES加密解密功能。经测试，程序能正常运行，实现了设计目标。 关键词DES加密，C语言，信息交流 1 引言 1.1本文主要内容 DES是一个分组密码算法，使用64位密钥（除去8位奇偶校验，实际密钥长度为56位）对64比特的数据分组（二进制数据）加密，产生64位密文数据。DES是一个对称密码体制，加密和解密使用同意密钥，解密和加密使用同一算法（这样，在硬件与软件设计时有利于加密单元的重用）。DES的所有的保密性均依赖于密钥。 DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。 DES算法是这样工作的：如Mode为加密，则用Key 去把数据Data进行加密，生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式（64位）作为DES的输出结果。在通信网络的两端，双方约定一致的Key，在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密，然后以密码形式在公共通信网（如电话网）中传输到通信网络的终点，数据到达目的地后，用同样的Key对密码数据进行解密，便再现了明码形式的核心数据。这样，便保证了核心数据（如PIN、MAC等）在公共通信网中传输的安全性和可靠性 DES的加密过程： 第一阶段：初始置换IP。在第一轮迭代之前，需要加密的64位明文首先通过初始置换IP 的作用，对输入分组实施置换。最后，按照置换顺序，DES将64位的置换结果分为左右两部分，第1位到第32位记为L0，第33位到第64位记为R0。 第二阶段：16次迭代变换。DES采用了典型的Feistel结构，是一个乘积结构的迭代密码算法。其算法的核心是算法所规定的16次迭代变换。DES算法的16才迭代变换具有相同的结构，每一次迭代变换都以前一次迭代变换的结果和用户密钥扩展得到的子密钥Ki作为输入；每一次迭代变换只变换了一半数据，它们将输入数据的右半部分经过函数f后将其输出，与输入数据的左半部分进行 苏州科技学院 实验报告 学生姓名：杨刘涛学号：1220126117 指导教师：陶滔 刘学书1220126114 实验地点：计算机学院大楼东309 实验时间：2015-04-20 一、实验室名称：软件实验室 二、实验项目名称：DES加解密算法实现 三、实验学时：4学时 四、实验原理： DES算法由加密、子密钥和解密的生成三部分组成。现将DES算法介绍如下。1．加密 DES算法处理的数据对象是一组64比特的明文串。设该明文串为m=m1m2…m64 (mi=0或1)。明文串经过64比特的密钥K来加密，最后生成长度为64比特的密文E。其加密过程图示如下： 图2-1：DES算法加密过程 对DES算法加密过程图示的说明如下： 待加密的64比特明文串m，经过IP置换（初始置换）后，得到的比特串的下标列表如下： 表2-1：得到的比特串的下标列表 该比特串被分为32位的L0和32位的R0两部分。R0子密钥K1(子密钥的生成将在后面讲)经过变换f(R0,K1)（f变换将在下面讲）输出32位的比特串 f1,f1与L0做不进位的二进制加法运算。运算规则为： f1与L0做不进位的二进制加法运算后的结果赋给R1，R0则原封不动的赋给L1。L1与R0又做与以上完全相同的运算，生成L2，R2……一共经过16次运算。最后生成R16和L16。其中R16为L15与f(R15,K16)做不进位二进制加法运算的结果，L16是R15的直接赋值。 R16与L16合并成64位的比特串。值得注意的是R16一定要排在L16前面。R16与L16合并后成的比特串，经过置换IP-1（终结置换）后所得比特串的下标列表如下： 表2-2：置换后所得比特串的下标列表 经过置换IP-1后生成的比特串就是密文e。 变换f(Ri-1,Ki): 它的功能是将32比特的输入再转化为32比特的输出。其过程如图2-2所示： 实验报告 学号：姓名：专业：班级：第10周 简介 #in elude vstri ng> #in elude static void SubBytes( unsigned char p[16]); static void inSubBytes( unsigned char p[16]); static void ShiftRows( unsigned char e[]); static void inShiftRows( unsigned char e[]); static void MatrixToByte( unsigned char e[]); static void inMatrixToByte( unsigned char e[]); static unsigned char FFmul( unsigned char a, unsigned char b); static void KeyAdding( unsigned char state[16], unsigned char k[][4]); static void KeyExpansion( unsigned char* key, unsigned char w[][4][4]); ~plai ntext(); private : }； #in elude "" using namespacestd; static unsigned char sBox[] = {}; /定义加密S盒/ unsigned char insBox[256] ={}; //定义解密S盒 pla in text ::plai ntext() { unsigned int p[16]; for (int j = 0; j<200; j++) { p[i] = a[i]; a[i] = a[i + 16]; } void pla in text ::createpla in text( un sig ned char a[]) // 仓U建明文 int i = 0; if ( a[j] == 0) for (; i<16; i++) 现代密码学教程第二版 谷利泽郑世慧杨义先 欢迎私信指正，共同奉献 第一章 1.判断题 2.选择题 3.填空题 1.信息安全的主要目标是指机密性、完整性、可用性、认证性和不可否认性。 2.经典的信息安全三要素--机密性，完整性和可用性，是信息安全的核心原则。 3.根据对信息流造成的影响，可以把攻击分为5类中断、截取、篡改、伪造和重放，进一 步可概括为两类主动攻击和被动攻击。 4.1949年，香农发表《保密系统的通信理论》，为密码系统建立了理论基础，从此密码学 成为了一门学科。 5.密码学的发展大致经历了两个阶段：传统密码学和现代密码学。 6.1976年，W.Diffie和M.Hellman在《密码学的新方向》一文中提出了公开密钥密码的 思想，从而开创了现代密码学的新领域。 7.密码学的发展过程中，两个质的飞跃分别指 1949年香农发表的《保密系统的通信理 论》和 1978年，Rivest，Shamir和Adleman提出RSA公钥密码体制。 8.密码法规是社会信息化密码管理的依据。 第二章 1.判断题 答案×√×√√√√×× 2.选择题 答案：DCAAC ADA 3.填空题 1.密码学是研究信息寄信息系统安全的科学，密码学又分为密码编码学和密码分 析学。 2.8、一个保密系统一般是明文、密文、密钥、加密算法、解密算法 5部分组成的。 3.9、密码体制是指实现加密和解密功能的密码方案，从使用密钥策略上，可分为对称和 非对称。 4.10、对称密码体制又称为秘密密钥密码体制，它包括分组密码和序列 密码。 第三章5.判断 6.选择题 DES算法实验报告 导读：就爱阅读网友为您分享以下“DES算法实验报告”的资讯，希望对您有所帮助，感谢您对https://www.doczj.com/doc/e910652335.html,的支持! 实验报告 姓名：xxxx 学号：0XXXXX 班级：XXXXXXX 日期：2013/11/* 题目：DES算法实验 一、实验环境 1．硬件配置： 处理器：Inter(R) Core(TM) i5-2430M CPU @ 2.40GHz (4 CPUs) ,~2.4GHz 内存：2048MB RAM 2．使用软件： (1) 操作系统：win7 旗舰版 (2) 软件工具： Microsoft Visual c++ 6.0 二、实验涉及的相关概念或基本原理 DES是一个分组密码算法，使用64位密钥（除去8位奇偶校验，实际密钥长度为56位）对64比特的数据分组（二进制数据）加密，产生64位密文数据。DES是一个对称密码体制，加密和解密使用同意密钥，解密和加密使用同一算法（这样，在硬件与软件设计时有利于加密单元的重用）。DES 的所有的保密性均依赖于密钥。 DES的加密过程可分为加密处理,加密变换和子密钥生成几个部分组成。 1.加密处理过程(1)初始置换IP。加密处理首先要对64位的明文按表1所示的初始换位表IP进行变换。表中的数值表示输入位被置换后的新位置。 (2)加密处理。上述换位处理的输出，中间要经过16轮加密变换。初始置换的64位的输出作为下一次的输入，将64位分为左、右两个32位，分别记为L0和R0，从L0、R0到L16、R16，共进行16轮加密变换。其中，经过i轮处理后的点左右32位分别为Li和Ri则可做如下定义: Li=Ri-1 Ri=Li-1 ⊕F(Ri-1，K) 其中，F为F变换 (3)最后换位。进行16轮的加密变换之后，将L16和R16合成64位的数据，再按照表2所示的最后换位表进行IP-1的换位，得到64位的密文，这就是DES算法加密的结果。 2.加密变换过程 64位的密钥先由置换选择1减少至56六位，进行循环左移，然后通过置换选择2减少至48位。而通过扩展运算将32位按表3扩展换位表扩展为48位的右半部分通过异或操作和48位的密钥结合，并分成6位的8个分组，通过8个S-盒(完整版)北邮版《现代密码学》习题答案.doc
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