学生姓名
学 号
专业班级
指导教师
学 院 信息科学与工程学院
完成时间 2014年5月
实验一 对称密码算法实验
[实验目的]
1.掌握密码学中经典的对称密码算法DES、AES、RC4的算法原理。
2.掌握DES、AES、RC4的算法流程和实现方法。
[实验预备]
1.DES算法有什么特点？算法中的哪些结构保证了其混淆和扩散的特性？
答：分组比较短、密钥太短、密码生命周期短、运算速度较慢。采用替代和置换的方法简单有效地遵循了香农定理，替代操作通过S盒达到了混淆效果，置换操作通过P盒扩散效果。
2.AES算法的基本原理和特点。
答：AES加密数据块分组长度必须为128比特，密钥长度可以是128比特、192比特、256比特中的任意一个（如果数据块及密钥长度不足时，会补齐）。AES加密有很多轮的重复和变换。大致步骤如下：1、密钥扩展（KeyExpansion），2、初始轮（Initial Round），3、重复轮（Rounds），每一轮又包括：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey，
4、最终轮（Final Round），最终轮没有MixColumns。
3.流密码RC4的密钥流生成以及S盒初始化过程。
答：RC4由伪随机数生成器和异或运算组成。RC4的密钥长度可变，范围是[1,255]。RC4一个字节一个字节地加解密。给定一个密钥，伪随机数生成器接受密钥并产生一个S盒。S盒用来加密数据，而且在加密过程中S盒会变化。 初始化长度为256的S盒。第一个for循环将0到255的互不重复的元素装入S盒。第二个for循环根据密钥打乱S盒。下面i,j是两个指针。每收到一个字节，就进行while循环。通过一定的算法（(a),(b)）定位S盒中的一个元素，并与输入字节异或，得到k。循环中还改变了S盒（(c)）。如果输入的是明文，输出的就是密文；如果输入的是密文，输出的就是明文。
[实验内容]
1. 密码字符串是什么分析DES、AES、RC4、SHA的实现过程。
2. 用程序设计语言将算法过程编程实现。
3. 完成字符串数据的加密运算和解密运算
输入明文：Idolikethisbook
输入密钥：cryption
[实验步骤]
1. 预习DES、AES、RC4算法。
2. 写出算法流程，用程序设计语言将算法过程编程实现。
DES算法流程：
代码：
#include "memory.h"
#include "stdio.h"
#include <iostream>
#include <string>
#include <string.h>
using namespace std;
enum{encrypt,decrypt};
//ENCRYPT:加密，DECRYPT：解密
void des_run(char out[8],char in[8],bool type=encrypt);
//设置密钥
void des_setkey(const char key[8]);
static void f_func(bool in[32],const bool ki[48]);
//f函数
static void s_func(bool out[32],const bool in[48]);
//s盒代替
//变换
static void transform(bool *out, bool *in, const char *table, int len);
static void xor(bool *ina, const bool *inb, int len);
//异或
static void rotatel(bool *in, int len, int loop);
//循环左移
//字节组转换成位组
static void bytetobit(bool *out,const char *in, int bits);
//位组转换成字节组
static void bittobyte(char *out, const bool *in, int bits);
//置换IP表
const static char ip_table[64]={58,50,42,34,26,18,10,2,
60,52,44,36,28,20,12,4,
62,54,46,38,30,22,14,6,
64,56,48,40,32,24,16,8,
57,49,41,33,25,17,9,1,
59,51,43,35,27,19,11,3,
61,53,45,37,29,21,13,5,
63,55,47,39,31,23,15,7};
//逆置换IP-1表
const static char ipr_table[64]={40,8,48,16,56,24,64,32,
39,7,47,15,55,23,63,31,
38,6,46,14,54,22,62,30,
37,5,45,13,53,21,61,29,
36,4,44,12,52,20,60,28,
35,3,43,11,51,19,59,27,
34,2,42,10,50,18,58,26,
33,1,41,9,49,17,57,25};
//E位选择表
static const char e_table[48]={32,1,2,3,4,5,4,5,
6,7,8,9,8,9,10,11,
12,13,12,13,14,15,
16,17,16,17,18,19,
20,21,20,21,22,23,
24,25,24,25,26,27,
28,29,28,29,30,31,32,1};
//P换位表
const static char p_table[32]={16,7,20,21,29,12,28,
17,1,15,23,26,5,18,
31,10,2,8,24,14,32,
27,3,9,19,13,30,6,22,11,4,25};
//pc1选位表
const static char pc1_table[56]={57,49,41,33,25,17,9,
1,58,50,42,34,26,18,
10,2,59,51,43,35,27,
19,11,3,60,52,44,36,
63,55,47,39,31,23,15,
7,62,54,46,38,30,22,
14,6,61,53,45,37,29,
21,13,5,28,20,12,4};
//pc2选位表
const static char pc2_table[48]={14,17,11,24,1,5,3,28,
15,6,21,10,23,19,12,4,
26,8,16,7,27,20,13,2,
41,52,31,37,47,55,30,
40,51,45,33,48,44,49,
39,56,34,53,46,42,50,36,29,32};
//左移位数表
const static char loop_table[16]={1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};
//S盒
const static char s_box[8][4][16]={//s1
14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7,0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8,
4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0,15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13,
//s2
15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10,3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5,
0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15,13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9,
//s3
10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8,13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1,
13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7,1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12,
//s4
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