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对称密码基本加密实验 【实验环境】 ISES客户端 Microsoft CLR Debugger 2005或其它调试器 【实验内容】 通过运算器工具实现DES、3DES、AES-128/192/256、SMS4等算法的加解密计算 通过运算器流程演示工具完成DES算法加解密运算的逐步演示和实例演示 通过轮密钥查看工具查看3DES和AES的轮密钥生成过程 查看AES算法逐步计算的动画演示 对DES、3DES、AES-128/192/256、SMS4等算法的加解密进行算法跟踪 对称密码基本加密实验 【实验原理】 对称密码体制使用相同的加密密钥和解密密钥，其安全性主要依赖于密钥的必威体育官网网址性。分组密码是对称密码体制的重要组成部分，其基本原理为：将明文消息编码后的序列m0,m1,m2,…,mi划分为长度为L(通常为64或128)位的组m=(m0,m1,m2,…,mL-1)，每组分别在密钥k=(k0,k1,k2,…,kt-1)(密钥长度为t)的控制下变换成等长的一组密文输出序列c=( c0,c1,c2,…,cL-1)。分组密码的模型如图1.1.41所示。 图1.1.41 分组密码实际上是在密钥的控制下，从一个足够大和足够好的置换子集中简单而迅速地选出一个置换，用来对当前输入的明文分组进行加密变换。现在所使用的对称分组加密算法大多数都是基于Feistel分组密码结构的，遵从的基本指导原则是Shannon提出的扩散和混乱，扩散和混乱是分组密码的最本质操作。 分组密码与流密码的对比：分组密码以一定大小的分组作为每次处理的基本单元，而流密码则以一个元素(如一个字母或一个比特)作为基本的处理单元；流密码使用一个随时间变化的加密变换，具有转换速度快、低错误传播的优点，软硬件实现简单，缺点是低扩散、插入及修改不敏感；分组密码使用的是一个不对时间变化的固定变换，具有扩散性好、插入敏感等优点，缺点是加解密处理速度慢、存在错误传播。 DES算法 数据加密标准(Data Encryption Standard, DES)中的算法是第一个也是最重要的现代对称加密算法，其分组长度为64比特，使用的密钥长度为56比特(实际上函数要求一个64位的密钥作为输入，但其中用到的有效长度只有56位，剩余8位可作为奇偶校验位或完全随意设置)，DES加解密过程类似，加解密使用同样的算法，唯一不同的是解密时子密钥的使用次序要反过来。DES的整个体制是公开的，系统安全性完全依靠密钥的必威体育官网网址。 DES的运算可分为如下三步： 对输入分组进行固定的“初始置换”IP，可写为(L0,R0)=IP(输入分组)，其中L0和R0称为“(左,右)半分组”，都是32比特的分组，IP是公开的固定的函数，无明显的密码意义。 将下面的运算迭代16轮(i=1,2,…,16)：Li=Ri-1 ，Ri-1=Li-1f(Ri-1,ki)；这里ki称为轮密钥，是56比特输入密钥的一个48比特字串，f称为S盒函数(S表示交换)，是一个代换密码，目的是获得很大程度的信息扩散。 将十六轮迭代后得到的结果(L16 ,R16)输入到IP的逆置换来消除初始置换的影响，这一步的输出就是DES算法的输出，即输出分组=IP-1(R16 , L16)，此处在输入IP-1之前，16轮迭代输出的两个半分组又进行了一次交换。 DES的加密与解密算法都是用上述三个步骤，不同的是如果在加密算法中使用的轮密钥为k1, k2,…, k16，则解密算法中的轮密钥就应当是k16, k15,…, k1，可记为(k1`, k2`,…, k16`)=( k16, k15,…, k1)。 DES算法的一轮迭代处理过程如图1.1.42所示。 图1.1.42 DES的计算过程如图1.1.43所示。 图1.1.43 在加密密钥k下，将明文消息m加密为密文c，使用DES将c在k下解密为明文，解密过程如下：(L0`,R0`)=IP(c)=IP(IP-1(R16 , L16))，即(L0`,R0`)=(R16 , L16)；在第一轮中，L1`= R0`= L16 =R15，R1`=L0`f(R0` ,k1`)= R16f(L16 ,k1`)=[ L16f(R15 ,k16)]f(R15 ,k16)= L15，即(L1`,R1`)=(R15 , L15)；同样的，在接下来的15轮迭代中，可以得到(L2`,R2`)=(R14 , L14)，……，(L16`,R16`)=(R0 , L0)；最后一轮结束后，交换L16`和R16`，即(R16`,L16`)=( L0, R0)，IP-1(L0, R0)= IP-1(IP(m))=m，解密成功。 3DES算法 DES的一个主要缺点是密钥长度较短，同时也被认为是DES仅有的最严重的弱点，容易遭受穷举密钥有哪些信誉好的足球投注网站攻击。克服密钥较短缺陷的一个