信息安全技術(shù)課程設(shè)計(jì)-常用密碼算法的設(shè)計(jì)與實(shí)踐(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 大素?cái)?shù)計(jì)算相應(yīng)的密鑰，這里的密鑰包括 公鑰 e，私鑰 d 以及模 n。 將生成的密鑰導(dǎo)出存在一個(gè)文本文檔中，以便使用。 然后 選擇所需要加密或解密的文件，系統(tǒng)根據(jù)文件的類型自動(dòng)分配加密或解密的算法對其進(jìn)行操作。 在進(jìn)行加密或解密操作時(shí)算法是較為類似的，都是進(jìn)行了一個(gè)模運(yùn)算的操作， 只是計(jì)算的系數(shù)有所不同， 加密時(shí)的系數(shù)為公鑰 e，而解密時(shí)用的則是私鑰 d。因此在設(shè)計(jì) RSA 算法時(shí)只需要編寫一個(gè)函數(shù) ，在程序調(diào)用此函數(shù)時(shí)傳不同的參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)加密與解密的功能。 （ 3） 混合加密設(shè)計(jì) 混合加密算法利用了兩種加密算法對文件進(jìn)行加密，該算法的主要思想如下： 首先，通過素?cái)?shù)的生成算法，得到兩個(gè)大的素?cái)?shù) p 和 q， 利用 RSA 加密算法中密鑰生成算法，生成一把公開密鑰和私有密鑰，其中將 rsa 公鑰通過某種方式公布出去，而把 RSA 私鑰保存。然后，通過線性同余法產(chǎn)生一個(gè) 64 位的隨機(jī)數(shù)作為 DES 的會(huì)話密鑰，對明文進(jìn)行 DES 加密和解 密。 最后，是利用 RSA的公鑰對會(huì)話密鑰進(jìn)行 RSA 加密 ， 并將會(huì)話密鑰進(jìn)行加密保存，并與 DES 加密后的密文合并。接收方對傳送過來的密文用 RSA 生成的私鑰進(jìn)行解密。 （ 4） 功能函數(shù)的定義 a) DES 算法部分 關(guān)鍵函數(shù) ① ． 標(biāo)準(zhǔn) DES 加密 /解密函數(shù) static void SDES(char Out[8], char In[8], const PSubKey pSubKey, bool Type)。 第 13 頁，共 31 頁 函數(shù)共帶有四個(gè)形參， Out[8]為輸出字符串， In[8]為輸入字符串， pSubKey為密鑰， Type 是用來判斷調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)加（解）密函數(shù)時(shí)是為了加密還是解密。 ② ． 設(shè)置密鑰函數(shù) static void SetKey(const char* Key, int len)。 函數(shù)共有兩個(gè)形參， Key 表示初始密鑰， len 表示密鑰的長度。 ③ ． 設(shè)置子密鑰函數(shù) static void SetSubKey(PSubKey pSubKey, const char Key[8])。 函數(shù)共有兩個(gè)參數(shù)， pSubKey 是 PSubKey 類型的密鑰， Key[8]是用于一個(gè)分組中的密鑰。值得說明的是 PSubKey 類型是之前在程序中以結(jié)構(gòu)體形式定義的 bool 類型的數(shù)據(jù)類型，其目的用于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)密鑰的長度。 ④ ． 查表變換函數(shù) static void Transform(bool *Out, bool *In, const char *Table, int len)。 函數(shù)共有四個(gè)形參，分別為查表前的輸入 bool *In、查表后的輸出 bool *Out、選擇的表 const char *Table 以及返回值長度 int len。 b) RSA 算法部分 ① ． 獲取隨即大素?cái)?shù)函數(shù) GetPrime(BigInt amp。P,UINT len) 函數(shù)有兩個(gè)參數(shù)，分別為大數(shù) P，以及大數(shù)的長度。 ② ． RSA 加密函數(shù) Encrypt(char *Out,char *In,UINT len,char *KeyStr,char *ModStr) 函數(shù)共有五個(gè)參數(shù)，分別為輸出加密后的結(jié)果 Out，輸入加密前的文件 In，加密文件的長度 len，密鑰 Key 以及模 n 的值 n。 ③ ． RSA 解密函數(shù) Decrypt(char *Out,char *In,UINT len,char *KeyStr,char *ModStr) {return Encrypt(Out,In,len,KeyStr,ModStr)。} RSA 解密函數(shù)的參數(shù)與加密函數(shù)的參數(shù)完全相同，且返回值為加密函數(shù)的返回值。 c) 混合加密算法部分 ① ． 加密函數(shù) Encrypt(char *OutFile,char *InFile,char *RsaKeyStr,char *RsaModStr,bool 第 14 頁，共 31 頁 Is3DES=0) 函數(shù)共有五個(gè)參數(shù)，分別為加密后的輸出文件 OutFile，加密前的輸入文件InFile，加密時(shí) RSA 的密鑰 Key，模 n 的值以及是否選擇三重 DES 加密 。 ② ． 解密函數(shù) Decrypt(char *OutFile,char *InFile,char *RsaKeyStr,char *RsaModStr) 函數(shù)共有四個(gè)參數(shù)，與加密函數(shù)的前四個(gè)參數(shù)完全相同，分別為加密后的輸出文件 OutFile，加密前的輸入文件 InFile，加密時(shí) RSA的密鑰 Key 以及模 n 的值。 文件操作模塊 a) 文件讀取模塊 文件讀取模塊主要是將文件中的內(nèi)容讀入字符數(shù)組中，由于系統(tǒng)的加密和解密功能是基于數(shù)組進(jìn)行操作的，因此在將文件中的內(nèi)容讀入數(shù)組時(shí)就已經(jīng)做好了加密的準(zhǔn)備。 文件讀取模塊包含兩方面的內(nèi)容，一是需要獲取文件的路徑，而是要實(shí)現(xiàn)將文件中的內(nèi)容讀入 Edit 控件 以及 數(shù)組中。 b) 文件存儲(chǔ)模塊 文件存儲(chǔ)模塊主要是將加密或是解密的結(jié)果寫入文件，這里為了實(shí)現(xiàn)分組密碼體質(zhì)的思想，用的是 MFC 中 CFile 類 的文件讀入讀出標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，它的好處是有一個(gè)特定的文件指針，在讀入一個(gè)分組后指針自動(dòng)移向下一個(gè)分組的開頭。 文件存儲(chǔ)模塊的功能主要包含兩部分，一部分是新建一個(gè)用于存放結(jié)果的文本文檔，另一部分是將數(shù)據(jù)寫入這個(gè)文本文檔。 幫助模塊 幫助模塊主要是為使用系統(tǒng)的 用戶提供算法原理的介紹，運(yùn)用了 MFC 中的樹控件進(jìn)行設(shè)計(jì)。 編碼 DES 核心算法模塊的實(shí)現(xiàn) a) 模塊初始化 模塊的初始化主要包含一些算法中常量定義，即初始 IP 置換表、逆初始 IP置換表、選擇置換 PC1 表、選擇置換 PC2 表、為選擇函數(shù) E、置換函數(shù) P 以 第 15 頁，共 31 頁 及 S 盒。這些常量的定義如下 b) 功能函數(shù)的實(shí)現(xiàn) ① ． 標(biāo)準(zhǔn) DES 加（解）密函數(shù) 標(biāo)準(zhǔn) DES 加（解）密函數(shù)是 DES 核心算法的主體，對數(shù)據(jù)或文件的加密、解密過程都需要調(diào)用這個(gè)函數(shù)對字符串或文件進(jìn)行處理。 首先再次給出標(biāo)準(zhǔn)加（解）密函數(shù)的定義： void SDES(char Out[8], char In[8], const PSubKey pSubKey, bool Type) 需要說明的是 PSubKey 是之前定義的 bool 類型的一個(gè)數(shù)據(jù)類型，即typedef bool (*PSubKey)[16][48]，它的是為了控制密鑰的位數(shù)而定義的。 Type的取值范圍只有兩種可能，即 ENCRYPT， DECRYPT，分別代表加密和解密， ENCRYPT， DECRYPT 是之前用枚舉法 enum 所限定的取值范圍。 其次，函數(shù)主要的實(shí)現(xiàn)功能是為了實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)和文件進(jìn)行加密，即調(diào)用DES 類中的各類函數(shù)代碼。首先需要對輸入明文或密文進(jìn)行位 轉(zhuǎn)化，調(diào)用ByteToBit（）函數(shù)， ByteToBit（）函數(shù)的目的是將文件中的字符串進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)成可以進(jìn)行數(shù)組操作的二進(jìn)制類型。然后按照圖 的 DES 加密算法對其進(jìn)行操作。以下是程序的關(guān)鍵代碼及注釋： 定義相關(guān)數(shù)據(jù)， M 位明文字符串， tmp 位中間變量， Li 和 Ri 分別代表明文的左右兩部分： static bool M[64], tmp[32], *Li=amp。M[0], *Ri=amp。M[32]。 調(diào)用 ByteToBit 進(jìn)行位轉(zhuǎn)化： ByteToBit(M, In, 64)。 初始 IP 置換： Transform(M, M, IP_Table, 64)。 判斷操作類型，用 Type 取其對應(yīng)的變量，用 if 語句進(jìn)行判斷： if( Type == ENCRYPT ) //進(jìn)行加密 { …… //加密代碼 } Else //進(jìn)行解密，此時(shí) Type 取 DECRYPT { 第 16 頁，共 31 頁 …… //解密代碼 } 其中加密代碼如下： F_func(Ri, (*pSubKey)[i])。 //F 函數(shù) Xor(Ri, Li, 32)。 //異或操作 此代碼進(jìn)行 16 次迭代，用 for 循環(huán)實(shí)現(xiàn)迭代功能。 與加密過程相同 DES 的解密也同樣進(jìn)行以上兩個(gè)操作，唯一不同的地方是函數(shù)中的參數(shù)不同， F 函數(shù)是對密文的左半邊進(jìn)行操作，異或函數(shù)的兩個(gè)參數(shù)正好相反，其代碼如下： F_func(Li, (*pSubKey)[i])。 //F 函數(shù) Xor(Li, Ri, 32)。 //異或操作 解密過程也需要進(jìn)行 16 次迭代，用 for 循環(huán)實(shí)現(xiàn)。 至此完成了全部標(biāo)準(zhǔn) DES 加（解）密函數(shù)的編寫，需要指出的是該函數(shù)在調(diào)用過程中需要調(diào)用到類似 Xor 異或操作的小函數(shù)，這些函數(shù)是實(shí)現(xiàn)在DES 類中編譯好的，由于函數(shù)較多，在此就不一一贅述了，以下挑選一些較為關(guān)鍵的進(jìn)行簡單描述。 ② ． 設(shè)置密鑰函數(shù) 該函數(shù)的功能是對用戶輸入的初始密鑰進(jìn)行操作，其代碼和注釋如下： 首先將實(shí)現(xiàn)定義的密鑰接口 deskey 數(shù)組初始化，這里選用 memset 庫 函數(shù) 進(jìn)行操作： memset(deskey, 0, 16)。 其次將密鑰的值賦到 deskey 數(shù)組中，由于密鑰的長度不確定，因此這里考慮用 memcpy 庫函數(shù)進(jìn)行操作，它的優(yōu)點(diǎn)是可以對變量指定長度賦值： memcpy(deskey, Key, len16?16:len)。 最后就可以對密鑰進(jìn)行操作，調(diào)用設(shè)置子密鑰函數(shù)： SetSubKey(amp。SubKey[0], amp。deskey[0])。 ③ ．