2015密码学课程设计报告 (5).docx

華中科技大学

课程设计报告

题目：SPN和RSA密码算法的

快速实现与安全性分析

课程名称：密码学原理与实践

专业班级：信息安全1302班

学号：

姓名：

指导教师：

报告日期：2015年9月14日

计算机科学与技术学院

密码学课程设计任务书

题目：SPN和RSA密码算法的快速实现与安全性分析

课题内容：

(1)原始SPN(教材上)算法的实现。

(2)对上述算法进行线性密码分析及差分密码分析(求出所有32比特密钥)。(3)增强以上SPN的安全性(如增加分组的长度、密钥的长度、S盒、轮数等)。

(4)对原始及增强的SPN进行随机性检测，对检测结果进行说明。(5)生成RSA算法的参数(如p、q、N、私钥、公钥等)。

(6)快速实现RSA(对比模重复平方、蒙哥马利算法和中国剩余定理)。(7)结合RSA和增强后的SPN实现文件(或通信)的加解密。

课题任务要求：

(1)掌握线性、差分分析的基本原理与方法。

(2)体会位运算、预计算在算法快速实现中的作用。

(3)可借助OpenSSL、GMP、BIGINT等大数运算库的低层基本函数，实现

过程中必须体现模重复平方、中国剩余定理和蒙哥马利算法的过程。(4)独立完成课程设计内容，现场演示并讲解。

(5)课程设计完成后一周内，提交课程设计报告。

主要参考文献：

(1)密码学原理与实践(第三版).DouglasR.Stinson著,冯登国译，电子工业出版社，2009

(2)应用密码学：协议算法与C源程序(第二版).BruceSchneier著,吴世忠等译，机械工业出版社，2014

同组设计者无

1

目录

目录 1

1、绪言 3

1.1实验目的 3

1.2实验内容及基本要求 3

1.2.1原始SPN算法的实现 3

1.2.2RSA算法的实现 3

1.2.3文件(通信)加解密的实现 3

2、实验原理 5

2.1原始SPN算法原理 5

2.1.1SPN简介 5

2.1.2代换-置换网络 5

2.1.3迭代密码 5

2.1.4SPN密码体系 6

2.2原始SPN密码分析原理 7

2.2.1线性密码分析 7

2.2.2差分密码分析 9

2.3增强SPN算法原理 10

2.4RSA算法原理 11

2.4.1RSA算法简介 11

2.4.2RSA算法原理 11

2.4.3RSA算法的快速实现 12

2.5文件(通信)加解密的原理 14

3、实验过程 15

3.1原始SPN算法实现 15

3.1.1数据结构选取 15

3.1.2具体实现过程 15

3.2SPN的密码分析实现 18

3.2.1线性分析过程 18

3.2.2差分分析过程 20

3.3增强的SPN算法实现 21

3.4RSA算法实现 23

3.4.1openssl大数库简介 23

3.4.2生成RSA运算相关参数 23

2

3.4.3普通RSA加解密算法的实现 24

3.4.4运用模重复平方的RSA解密算法的实现 24

3.4.5运用中国剩余定理的RSA解密算法的实现 25

3.4.6运用蒙哥马利算法的RSA解密算法的实现 26

3.5文件加解密的实现 26

3.5.1基本思想 26

3.5.2Sender部分 27

3.5.3Rcver部分 28

4、实验结果 31

4.1原始SPN加密及密码分析 31

4.1.1原始SPN加密 31

4.1.2线性密码分析 32

4.1.3差分密码分析 35

4.2增强的SPN算法 38

4.3RSA算法 38

4.4文件加解密 40

4.4.1Sender 40

4.4.2Rcver 43

4.4.3随机性检测 45

5、实验总结 47

参考资料 49

3

1、绪言

1.1实验目的

通过课程设计，使学生进一步熟悉密码算法以及算法安全性的基本概念和原理；培养学生将密