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1、课程实验报告课程名称：SPN和RSA密码算法的快速实现与安全性分析专业班级：信息安全1302学号：姓名：指导教师：报告日期：2015.09.28计算机科学与技术学院237目录一.实验要求及内容11.1实验要求11.2实验内容1二.实验原理22.1SPN分组加/解密22.2线性/差分分析32.3RSA加/解密52.4CBC模式下的文件加/解密62.5随机性检测7三.实验设计83.1SPN分组加/解密83.2线性/差分分析103.3SPN的增强133.4随机性检测143.5RSA的参数生成163.6RSA的加/解密183.7文件加/解密19四.实验结果214.1SP
2、N分组加/解密214.2线性/差分分析224.3SPN的增强234.4随机性检测244.5RSA的参数生成334.6RSA的加/解密344.7文件加/解密35五.实验总结36参考文献373737一.实验要求及内容1.1实验要求（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。1.2实验内容（1）原
3、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。37二.实验原理2.1SPN分组加/解密2.1.1SPN加密1.迭代密码迭代密码的核心是一个密钥编排方案和一个轮函数。密钥编排方案对密钥k进行
4、变换，生成Nr个子密钥(也叫轮密钥)，记为k1,k2,...,kNr。轮函数g是一个状态加密函数，以ki为密钥对当前状态wr-1进行变换，输出新的状态值wr，即g(wr-1,ki)=wr；轮函数是单射函数，存在一个逆变换g-1，有g-1(wr,ki)=wr-1。迭代密码的加密为将密钥k编排成Nr个轮密钥k1,k2,...,kNr，将明文x定义为初始状态w0，经过Nr轮变换得到wNr为密文y，即：w0=x,w1=g(w0,k1),w2=g(w1,k2),…,wNr-1=g(wNr-2,kNr-1),wNr=g(wNr-1,kNr)y=wNr2.代替-置换网络(Su
5、bstitution-PermutationNetwork)代替-置换网络(Substitution-PermutationNetwork)是一种简单的迭代密码。其中，处理的明文单元和状态值长度为l×m，轮函数g包括两个核心变换——代替和置换，分别记为πs和πp，则有：πs:{0,1}l→{0,1}lπp:{1,2,...,lm}→{1,2,...,lm}在进行轮函数变换前，先用轮密钥和状态值进行异或（称为白化）。3.SPN密码体制设计设l,m,Nr是正整数，P=C={0,1}lm。K⊆({0,1}lm)Nr+1是由初始密钥k用密钥编排算法生成的所有可能的密钥编
6、排方案集合，一个密钥编排方案记为(k1,k2,...,kNr+1)。状态值w长度为l×m，记为w1,w2,...,wlm；w可以看成m个长度为l的子串连接而成，记为w=w<1>,w<2>,...,w，其中w=w(i-1)l+1,w(i-1)l+2,...,w(i-1)l+l加密过程使用如下算法描述：算法SPN(x,πs,πp,(k1,…,kNr+1))w0=xforr=1toNr-1{37ur=wr-1⊕kr//白化fori=1tom{vr=πs(ur)//代替}wr=(vrπp(1),vrπp(2),...,vrπp(lm))//置换}
7、uNr=wNr-1⊕kNrfori=1tom{vNr=πs(uNr)//代替}y=vNr⊕kNr+1//白化returny2.1.2SPN解密迭代密码的解密过程则将密文y定义为初始状态wNr，经过Nr轮逆变换得到w0，即为明文x，即：y=wNr,wNr-1=g-1(wNr,kNr),…,w1=g-1(w2,k2),w0=g-1(w1,k1)x=w0SPN的解密过程即为加密过程的逆运算。2.2线性/差分分析2.2.1线性分析线性密码分析，是通过分析S盒的线性特性，从而发现明文比特、密文比特和密钥比特之间可能存在的线性关系，如果S盒设计不当，这种线性关系
8、会以较大的概率存在，称为
