多种密码算法的实现与性能比较
多种密码算法的实现与性能比较
1.A5算法
（一）算法原理：
A5算法为流密码算法。A5算法的主要组成部分是三个长度不同的线性移位寄存器，每个寄存器分别为19位，22位和23位。移位是由时钟控制的，且遵循“择多”的原则，即从每个寄存器中取出一个中间位并进行判断，三个数中占多数的寄存器参加移位，其余的不移位。比如在取出的三个中间位中有两个为“1”，则为“1”的寄存器进行一次移位，而为“0”的不移。反过来，若三个中间位中有两个为“0”，则为“0”的寄存器进行一次移位，而为“1”的不移。
(二) 关键代码如下：
（1）根据主密钥Key初始化3个长度不同的线性移位寄存器：
r[0] = (key[0] | (key[1] << 8) | (key[2] << 16) ) & 0x7ffff;
r[1] = ((key[2] >> 3) | (key[3] << 5) | (key[4] << 13) | (key[5] << 21)) & 0x3fffff;
r[2] = ((key[5] >> 1) | (key[6] << 7) | (key[7] << 15) ) & 0x7fffff;
（2）由时钟控制移位：
r[0] = clock_r1(clock_ctl, r[0]);
r[1] = clock_r2(clock_ctl, r[1]);
r[2] = clock_r3(clock_ctl, r[2]);
（3）产生密钥流算法代码：
void a5_key(unsigned long r[3], unsigned char k[8]){
r[0]=k[0]<<11|k[1]<<3|k[2]>>5;
r[1]=k[2]<<17|k[3]<<9|k[4]<<1|k[5]>>7;
r[2]=k[5]<<15|k[6]<<8|k[7];
}
（4）加密算法代码：
void a5_encrypt(unsigned long r[3],unsigned char *data,unsigned long len,unsigned char *ctxt){
unsigned long i;
int j;
unsigned char t;
for (i=0;i for (j=0;j<8;j++) t=t<<1|a5_step(r); ctxt[i]=data[i]^t; } } (三)程序运行结果 本次测试数据：主密钥为unsigned char key[]={1,2,3,4,5,6,7,8}; 加密明文数据为：for (i=0;i<128;i++) data[i]=i; 加密后的密文数据：unsigned char *ctxt 每个主代码做了100次循环： for (j=0;j<100;j++) { a5_key(r,key); a5_encrypt(r,data,128,ctxt); } 共耗时：0.015s。 程序运行具体结果见下图： 2.RC4算法 （一）算法原理： RC4算法是RSA数据安全公司开发的可变密钥长度的序列密码，是世界上使用最广泛的序列密码之一，其优点是很容易用软件实现，加解密速度快。与基于移位寄存器的序列密码不同，RC4密码是一种基于非线性数据表变换的序列密码。它以一个足够大的数据表为基础，对表进行非线性变换，产生非线性的密钥流序列。RC4的大小根据参数n的值而变化，通常取n=8，这样RC4可以生成总共有256的元素的数据表s。种子密钥长度为1-256个字节的可变长度密钥，用于初始化一个256个字节的状态矢量S。RC4有两个主要的算法：密钥调度算法KSA和伪随机数生成算法PRGA。依据种子密钥，利用密钥调度算法对数据表S进行重新排列。利用伪随机数生成算法，从已重新排列的数据表S中取出一个字节。每取出一个字节，数据表S将发生变化。 (二) 关键代码如下： (1)数据表S的初始置换： for (i=0;i<256;i++) { j=j+s[i]+k[i]; i0=i0+s[i]; j0=j0+s[j]; tmp2=s[i]; s[i]=s[j]; s[j]=tmp2; } （2）密钥流的生成： for (tmp=0;tmp { i=(i+1)&255; j=(j+s[i])&255; tmp2=s[i]; s[i]=s[j]; s[j]=tmp2; t=(s[i]+s[j])&255; ks[tmp]=s[t]; } （3）加密算法： void rc4(unsigned char * pt,unsigned long len,unsigned char * ks,unsigned char * ct) { unsigned long tmp; for (tmp=0;tmp ct[tmp]=pt[tmp]^ks[tmp]; } 加密时，将K的值与明文字节异或；解密时，将K的值与密文字节异或。 (三)程序运行结果： 本次测试数据明文为：for (i=0;i<128;i++) pt[i]=1; 种子密钥为：for (j=0;j<8;j++) key[j]=34*j+1; 加密后的密文数据保存在：unsigned char ct[3400]中 每个主代码做了100次循环： for (i=0;i<100;i++) ksa(key,8,s,i0,j0); for (i=0;i<100;i++) prng(s,i0,j0,ks,341000); for (i=0;i<100;i++) rc4(pt,128,ks,ct); 共耗时2.531s。 程序运行具体结果见下图： 3.AES算法 （一）算法原理： AES是分组密钥，使用的分组大小为128比特，密钥长度可以为128，192或256比特。对于不同的密钥长度，对应的分组加密的轮数不同，具体见下表1： AES算法有如下特点： （1）该结构不是Feistel结构，在每轮替换和移位时都并行处理整个数据分组。 （2）输入的密钥被扩展成为44个32比特字的数组，4个不同的字（128比特）用作每轮的轮密钥。 （3）进行了4个不同的步骤，一个是移位，3个是替换： 字节替换：使用一个表（S盒）来对分组进行逐一的字节替换； 行移位：对行做简单的移位； 列混合：对列的每个字节做替换，是一个与本列全部字节有关的函数； 轮密钥加：将当前分组与一部分扩展密钥简单地按位异或。 (二) 关键代码如下： （1）产生密钥（128位） int rijndaelSetupEncrypt(u32 *rk, const u8 *key, int keybits) { int i = 0; u32 temp; rk[0] = GETU32(key ); rk[1] = GETU32(key + 4); rk[2] = GETU32(key + 8); rk[3] = GETU32(key + 12); if (keybits == 128) { for (;;) { temp = rk[3]; rk[4] = rk[0] ^ (Te4[(temp >> 16) & 0xff] & 0xff000000) ^ (Te4[(temp >> 8) & 0xff] & 0x00ff0000) ^ (Te4[(temp ) & 0xff] & 0x0000ff00) ^ (Te4[(temp >> 24) ] & 0x000000ff) ^ rcon[i]; rk[5] = rk[1] ^ rk[4]; rk[6] = rk[2] ^ rk[5]; rk[7] = rk[3] ^ rk[6]; if (++i == 10) return 10; rk += 4; } } rk[4] = GETU32(key + 16); rk[5] = GETU32(key + 20); rk[6] = GETU32(key + 24); rk[7] = GETU32(key + 28); return 0; } （1）第一轮加密 /* round 1: */ t0 = Te0[s0 >> 24] ^ Te1[(s1 >> 16) & 0xff] ^ Te2[(s2 >> 8) & 0xff] ^ Te3[s3 & 0xff] ^ rk[ 4]; t1 = Te0[s1 >> 24] ^ Te1[(s2 >> 16) & 0xff] ^ Te2[(s3 >> 8) & 0xff] ^ Te3[s0 & 0xff] ^ rk[ 5]; t2 = Te0[s2 >> 24] ^ Te1[(s3 >> 16) & 0xff] ^ Te2[(s0 >> 8) & 0xff] ^ Te3[s1 & 0xff] ^ rk[ 6]; t3 = Te0[s3 >> 24] ^ Te1[(s0 >> 16) & 0xff] ^ Te2[(s1 >> 8) & 0xff] ^ Te3[s2 & 0xff] ^ rk[ 7]; (三)程序运行结果： 本次测试数据明文为：unsigned char pt[16]={0}； 密文放在：unsigned char ct[16]; 每个主代码做了100000次循环： for (j=0;j<100000;j++) nr = rijndaelSetupEncrypt(rk,key,128); for (j=0;j<100000;j++) rijndaelEncrypt(rk,nr,pt,ct); 共耗时0.047s。 程序运行具体结果见下图： 4. Camellia算法 （一）算法原理： Camellia是一种为许多组织所推崇的分组密码，具有较强的安全性，能够抵抗差分和线性密码分析等已知的攻击。整个算法的执行过程包括加密，解密和密钥扩展三部分。支持128比特的分组长度，128，192和256比特的密钥与AES的接口相同。以128比特为例，Camellia 算法128比特密钥的加密和解密过程共有18轮，采用Feistell结构，加密和解密过程完全相同，只是子密钥注入顺序相反，而且密钥扩展过程和加密，解密过程使用相同的部件。这使得Camellia算法不论是在软件平台还是硬件平台只需要更小的规模和更小的存储即可。(二) 关键代码如下： (三)程序运行结果： 本次测试数据明文为：unsigned char pt[16]={0}； 密文放在：unsigned char ct[16]; 每个主代码做了10000次循环： for (j=0;j<10000;j++) camellia_setup128(k0, rk); for (j=0;j<10000;j++) camellia_encrypt128(rk,ct,pt); 共耗时0.015s。 程序运行具体结果见下图： 5. SHA算法 （一）算法原理： (二) 关键代码如下： (三)程序运行结果： 本次测试数据明文为：unsigned char data[247]; for (j=0;j<247;j++) data[j]=j; 密文放在：unsigned char hval[20]; 每个主代码做了10000次循环： SHA_1算法： for (i=0;i<10000;i++) sha1(hval,data,247); SHA_2算法： t0 = clock(); for (j=0;j<10000;j++) sha256(hval,data,247); t1 = clock(); for (j=0;j<10000;j++) sha384(hval,data,247); t2 = clock(); for (j=0;j<10000;j++) sha512(hval,data,247); t3 = clock(); 程序运行具体结果分别见下图： SHA_1算法执行结果图 SHA_2算法执行结果图7. RMD160算法 （一）算法原理： (二) 关键代码如下： (三)程序运行结果： 本次测试数据明文为：unsigned char data[183]; for (j=0;j<183;j++) data[j]=j; 密文放在：unsigned char hval[20]; 每个主代码做了10000次循环： for (i=0;i<10000;i++) RMD160Final (hval, data); 程序运行具体结果分别见下图： 8.SMS4算法 （一）算法原理： (二) 关键代码如下： (三)程序运行结果： 本次测试数据明文为：unsigned long pt[4]={0},ct[4]; 密文放在：unsigned long ct[4]; 每个主代码做了10000次循环： for (i=0;i<10000;i++) SMS4_KeyExpansion(k0, rk); for (i=0;i<10000;i++) SMS4_Encryption(pt, rk, ct); 程序运行具体结果分别见下图： 关于密码学的发展和一些常见的加密算法 1．悠久迷人的密码史话——密码学和密码 前言： 密码学（Cryptology，来源于希腊语kryptos和graphein，即隐藏和书写的意思）这门科学，或者说这门艺术，通常被分为两个部分，密码学（Cryptography）的任务是构建更为隐秘而且有效的密码，或者说加密方式；而与之相对应，密码分析学（Crypanalysis）则是研究已有的加密法的弱点，在没有密钥的情况下将密文还原成为明文。这两种科学相互依靠而不能分割，密码学家（Cryptologist）需要研习密码学来掌握加密方式，以便更好地解密；同样需要了解密码分析学，以判定自己密码的安全性高低。有一句话说的很好：“密码是两个天才的较量，败者将耗尽智慧而死。” 密码学产生的根本原因在于人们想要传递一些只有我们允许的接受者才能接受并理解的信息。被隐藏的真实信息称为明文（Plaintext），明文通过加密法（Cipher）变为密文（Ciphertext），这个过程被称为加密（Encryption），通过一个密钥（Key）控制。密文在阅读时需要解密（Decryption），同样需要密钥，这个过程由密码员（Cryptographer）完成。但是密码的传递并非绝对安全，可能有未得到允许的人员得到密文，并且凭借他们的耐心和智慧（我们通常假定他们有足够的时间和智慧），在没有密钥的情况下得到明文，这种方法称为破解（Break）。通常使用的加密方法有编码法（Code）和加密法（Cipher），编码法是指用字，短语和数字来替代明文，生成的密文称为码文（Codetext），编码法不需要密钥或是算法，但是需要一个编码簿（Codebook），编码簿内是所有明文与密文的对照表；而加密法则是使用算法和密钥。另外一种较常用的方法是夹带加密法（Steganography），顾名思义，它是将密文以隐藏的方式传递的，比如图画或是其它消息中，或是使用隐形墨水，在计算机能够进行图象和其它信息的处理之后，这种方法更是有了极大的发展空间。 密码的历史十分悠久。大约在4000年以前，在古埃及的尼罗河畔，一位擅长书写者在贵族的基碑上书写铭文时有意用加以变形的象形文字而不是普通的象形文字来写铭文，从而揭开了有文字记载的密码史。 公元前5世纪，古斯巴达人使用了一种叫做“天书”的器械，这是人类历史上最早使用的密码器械。“天书”是一根用草纸条、皮条或羊皮纸条紧紧缠绕的木棍。密信自上而下写在羊皮纸条上。然后把羊皮纸条解开送出。这些不连接的文字毫无意义，除非把羊皮纸条重新缠在一根直径和原木棍相同的木棍上，这样字就一圈圈跳出来，形成那封信。 公元前4世纪前后，希腊著名作家艾奈阿斯在其著作《城市防卫论》中就曾提到一种被称为“艾奈阿斯绳结”的密码。它的作法是从绳子的一端开始，每隔一段距离打一个绳结，而绳结之间距离不等，不同的距离表达不同的字母。按此规定把绳子上所有绳结的距离按顺序记录下来，并换成字母，就可理解它所传递的信息。 古罗马时代曾使用过一种“代替式密码”，把信中每个文字的字母都用字母顺序表中相隔两位后的一个字母取代，这种代替式密码直到第二次大战时还被日本海军使用。 此外，在古代还出现过一种被称为“叠痕法”的密码，使用时先把信纸折叠几下（上下及左右），然后铺平信纸，将传递的信息按顺序一个个分开，写在折 对称加密算法 一、网络安全 1.网络安全 (1) 网络的安全问题：有以下四个方面 A. 端－端的安全问题，主要指用户(包括代理)之间的加密、鉴别和数据完整性维护。 B. 端系统的安全问题，主要涉及防火墙技术 C. 安全服务质量问题，主要指如何保护合法用户的带宽，防止用户非法占用带宽。 D. 安全的网络基础设施，主要涉及路由器、DNS服务器，以及网络控制信息和管理信息的安全问题。 (2)网络的安全服务：有以下五个方面 A．身份认证：这是考虑到在网络的应用环境下，验证身份的双方一般是通过网络而非直接交互，所以传统的验证手段如根据对方的指纹等方法就无法应用。同时大量的黑客随时都可能尝试向网络渗透，截获合法用户的口令并冒充顶替，以合法身份入网。所以应该提供一种安全可靠的身份认证的手段。 B.授权控制：授权控制是控制不同用户对信息资源的访问权限。授权控制是以身份认证为基础的。通过给不同用户的提供严格的不同层次和不同程度的权限，同时结合可靠的身份认机制，可以从很大程度上减少非法入侵事件发生的机会。 C.数据加密：数据加密技术顾名思义。在互联网上应用加密技术来保证信息交换的可靠性已经的到了人们普遍的认可，已经进入了应用阶段。目前的加密技术主要有两大类：一类是基于对称密钥加密的算法，另一类是基于非对称密钥加密的算法。它们都已经达到了一个很高的强度，同时加密算法在理论上也已经相当的成熟，形成了一门独立的学科。而从应用方式上，一般分成软件加密和硬件加密。前者成本低而且实用灵活，更换也方便；而后者加密效率高，本身安全性高。在应用中，可以根据不同的需要来进行选择。 D.数据完整性：数据完整性是指通过网上传输的数据应该防止被修改、删除、插入、替换或重发，以保证合法用户接收和使用该数据的真实性。 E.防止否认：在网上传输数据时，网络应提供两种防止否认的机制：一是防止发送方否认自己发送过的信息，而谎称对方收到的信息是别人冒名或篡改过的；二是防止接收方否认自己收到过信息。利用非对称加密技术可以很好的实现第一个否认机制。 二、加密技术 (1) 加密技术的产生和发展 A. 古代，目前记录的比较早的是一个在公元前2世纪，由一个希腊人提出来的，26个字母放在一个5×5的表格里，这样所有的源文都可以行列号来表示。 B. 近代，在第二次世界大战里，密码机(如紫罗兰)得到了比较广泛的已经技术，同时破译密码的技术也得到了发展，出现了一次性密码技术。同时密码技术也促进了计算机的发展。 C. 现代，由于计算机和计算机网络的出现，对密码技术提出了更高的需求。密码学的论文和会议不断的增加，以密码技术为主的商业公司开始出现，密码算法层出不穷，并开始走向国际标准化的道路，出现了DES，AES等国家(美国的)标准。同时各个国家和政府对密码技术也越来越重视，都加密技术的出口和进口都作了相当严格的规定。 (2) 加密技术的分类 A．对称加密技术 a. 描述 对称算法（symmetric algorithm），有时又叫传统密码算法，就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来，同时解密密钥也可以从加密密钥中推算出来。而在大多数的对称算法中，加密密钥和解密密钥是相同的。所以也称这种加密算法为秘密密钥算法或单密钥算法。它要求发送方和接收方在安全通信之前，商定一个密钥。对称算法的安全性依赖于密钥，泄漏密钥就意味着任何人都可以对他们发送或接收的消息解密，所以密钥的保密性对通信性 简答题及计算题 1.RSA 算法中n ＝11413，e ＝7467，密文是5859，利用分解11413＝101×113，求明文。 解：10111311413n p q =?=?= ()(1)(1)(1001)(1131)11088n p q ?=--=--= 显然，公钥e=7467，满足1＜e ＜()n ?，且满足gcd(,())1e n ?=，通过公式1mod11088d e ?≡求出1mod ()3d e n ?-≡=， 由解密算法mod d m c n ≡得3mod 5859mod114131415d m c n ≡== 2.用C 语言编写欧几里德算法的程序。 #include 《算法设计与分析》习题 第一章算法引论 1、算法的定义 答：算法是指在解决问题时，按照某种机械步骤一定可以得到问题结果的处理过程。 通俗讲，算法：就是解决问题的方法或过程。 2、算法的特征 答：1)算法有零个或多个输入；２)算法有一个或多个输出； 3)确定性；４)有穷性 3、算法的描述方法有几种 答：自然语言、图形、伪代码、计算机程序设计语言 4、衡量算法的优劣从哪几个方面 答：(1) 算法实现所耗费的时间（时间复杂度）； (2) 算法实现所所耗费的存储空间（空间复杂度）； (3) 算法应易于理解，易于编码，易于调试等等。 5、时间复杂度、空间复杂度定义 答：指的是算法在运行过程中所需要的资源（时间、空间）多少。 6、时间复杂度计算： {i=1； while（i<=n） i=i*2； } 答：语句①执行次数1次， 语句②③执行次数f(n), 2^f(n)<=n,则f(n) <=log2n; 算法执行时间： T(n)= 2log2n +1 时间复杂度：记为O(log2n) ； 7.递归算法的特点 答：①每个递归函数都必须有非递归定义的初值；否则，递归函数无法计算；（递归终止条件） ②递归中用较小自变量函数值来表达较大自变量函数值；（递归方程式） 8、算法设计中常用的算法设计策略 答：①蛮力法；②倒推法；③循环与递归；④分治法； ⑤动态规划法；⑥贪心法；⑦回溯法；⑧分治限界法 9、设计算法： 递归法：汉诺塔问题兔子序列（上楼梯问题） 整数划分问题 蛮力法：百鸡百钱问题 倒推法：穿越沙漠问题 答：算法如下： （1） 递归法 汉诺塔问题 void hanoi(int n, int a, int b, int c) {if (n > 0) { hanoi(n-1, a, c, b); move(a,b); hanoi(n-1, c, b, a); } } 兔子序列（fibonaci 数列 ） 递归实现： Int F(int n) { if(n<=2) return 1; else return F(n-1)+ F(n-2); } 上楼梯问题 Int F(int n) { if(n=1) return 1 if(n=2) return 2; else return F(n-1)+ F(n-2); } 整数划分问题 问题描述：将正整数n 表示成一系列正整数之和，n=n1+n1+n3+… 将最大加数不大于m 的划分个数，记作q(n,m)。正整数n 的划分数 p(n)=q(n,n)。 可以建立q(n,m)的如下递归关系： 递归算法： Int q( int n, int m){ if(n<1||m<1) return 0; If((n=1)||(m=1)) return 1; If (n 目录 第二章递归与分治 (3) 1、用递归思想求N! (3) 2、用递归思想求Fibonacci数列 (3) 3、用递归思想求排列问题 (4) 4、用递归思想求整数划分问题 (5) 5、用递归思想求汉诺塔问题 (6) 6、用递归思想实现插入排序 (7) 7、用分治思想实现二分查找 (8) 8、用分治法求两个大整数的乘法 (9) 9、用分治思想求一个数组的最大值与最小值 (10) 10、用分法思想实现合并排序 (12) 11、用分治思想实现快速排序 (13) 12、用分治法实现线性时间选择问题 (15) 13、用分法思想实现残缺棋盘问题 (15) 第三章动态规划法 (18) 1、矩阵连乘问题 (18) 2、最长公子序列 (20) 3、最大子段和问题 (23) 4、图像压缩问题 (28) 5、电路布线问题 (31) 6、最 (31) 7、最 (31) 第四章贪心算法 (32) 1、哈夫曼编码 (32) 4、Kruskal算法求最小生成树 (35) 5、集装箱问题 (38) 6、活动安排问题 (40) 第五章回溯法 (42) 1、用回溯法求0－1背包问题 (42) 2、用回溯法求N皇后问题 (45) 3、用回溯法求旅行售货员问题 (46) 4、用回溯法求圆排列问题 (48) 5、用回溯法求符号三角形问题 (50) 6、用回溯法求批处理作业调度问题 (52) 7、用回溯法求连续邮资问题 (54) 8、用回溯法求图的m着色问题 (57) 9、用回溯法求最大团问题 (59) 第六章回溯法 (62) 1、用分支限界法求0－1背包问题 (62) 第二章递归与分治1、用递归思想求N! 王晓东版——《计算机算法设计与分析（第四版）》P11页，例2－1 2、用递归思想求Fibonacci数列 王晓东版——《计算机算法设计与分析（第四版）》P12页，例2－2 选择题 1、如果发送方用私钥加密消息，则可以实现（） A、保密性 B、保密与鉴别 C、保密而非鉴别 D、鉴别 2、在混合加密方式下，真正用来加解密通信过程中所传输数据（明文）的密钥是（） A、非对称算法的公钥 B、对称算法的密钥 C、非对称算法的私钥 D、CA中心的公钥 3、以下关于加密说法，不正确的是（） A、加密包括对称加密和非对称加密两种 B、信息隐蔽是加密的一种方法 C、如果没有信息加密的密钥，只要知道加密程序的细节就可以对信息进行解密 D、密钥的位数越多，信息的安全性就越高 4、以下关于混合加密方式说法不正确的是：（） A、采用公开密钥体制进行通信过程中的加解密处理 B、采用公开密钥体制对对称密钥体制的密钥进行加密后的通信 C、采用对称密钥体制对对称密钥体制的密钥进行加密后的通信 D、采用混合加密方式，利用了对称密钥体制的密钥容易管理和非对称密钥体制的加解密处理速度快的双重优点 5、两个不同的消息摘要具有相同的值时，称为（） A、攻击 B、冲突 C、散列 D、都不是 6、（）用于验证消息完整性。 A、消息摘要 B、加密算法 C、数字信封 D、都不是 7、HASH函数可应用于（）。 A、数字签名 B、生成程序或文档的“数字指纹” C、安全存储口令 D、数据的抗抵赖性 8、数字证书采用公钥体制，每个用户设定一把公钥，由本人公开，用它进行： A、加密和验证签名 B、解密和签名 C、加密 D、解密 9、数字签名为保证其不可更改性，双方约定使用（） A、HASH算法 B、RSA算法 C、CAP算法 D、ACR算法 10、1是网络通信中标志通信各方身份信息的一系列数据，提供一种在Internet上验证身份的方式 A、数字认证 B、数字证书 C、电子证书 D、电子认证 11、以下关于CA认证中心说法正确的是 青岛农业大学 本科生毕业论文（设计） 题目基于3DES算法的文档加密的设计与实现姓名： 学院： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 完成时间： 2013年6月10日 基于3DES算法的文档加密的设计与实现 摘要：随着社会进入信息化时代，由于互联网的开放性，网络资源的共享性、网络操作系统的漏洞、网络系统设计的缺陷、网络的开放性以及恶意攻击等等，都给网络带来了不安全的隐患，计算机和信息的安全问题将更加突出，网络和连接在网络上的信息系统面临着各种复杂的、严峻的安全威胁。因此，如何保障数据和信息的安全已成为人们关注的问题。 3DES(Triple DES) 是三重数据加密算法, 也是DES（Data Encryption Algorithm）向AES（Advanced Encryption Standard）过渡的加密算法。1999年，美国的NIST将3DES指定为过渡的加密标准。它比DES具有更高的安全性，克服了DES因密钥长度短而造成的暴力攻击。 本文对3DES数据加密算法进行了全面介绍，分析了该算法的设计思想。并且基于3DES数据加密算法，采用VS2010的开发环境，实现了对文件的加密与解密，从而为保障数据和文档的安全性提供了支持。 关键字：信息安全；加密；密码学；3DES加密算法 The design and implementation of the document encryption based on 3DES algorithm Abstract: As society into the information age, the openness of the Internet, network resource sharing, network operating system vulnerabilities, network system design flaws, network openness and malicious attacks, etc., gave network brings insecurity hidden, computer and information security issues will become more prominent, networks, and connected to the network of information systems face a variety of complex and serious security threat. Therefore, how to protect the data and information security has become an issue of concern. 3DES (Triple DES) is a triple data encryption algorithm is DES to AES encryption algorithm transition. In 1999, the U.S. NIST the 3DES encryption standards specified for the transition. It has a higher than DES security, to overcome the short key length DES caused due to violent attacks. In this paper, 3DES data encryption algorithm is fully described, analysis of the algorithm design. And based on 3DES data encryption algorithm, using. NET development techniques, to achieve the document encryption and encryption, so as to safeguard the security of data and documents provided support. The keyword: Information Security; Encryption; Cryptography; 3DES encryption algorithm 计算机算法设计与分析习 题及答案 Prepared on 24 November 2020 《计算机算法设计与分析》习题及答案 一．选择题 1、二分搜索算法是利用（ A ）实现的算法。 A、分治策略 B、动态规划法 C、贪心法 D、回溯法 2、下列不是动态规划算法基本步骤的是（ A ）。 A、找出最优解的性质 B、构造最优解 C、算出最优解 D、定义最优解 3、最大效益优先是（A ）的一搜索方式。 A、分支界限法 B、动态规划法 C、贪心法 D、回溯法 4. 回溯法解旅行售货员问题时的解空间树是（ A ）。 A、子集树 B、排列树 C、深度优先生成树 D、广度优先生成树 5．下列算法中通常以自底向上的方式求解最优解的是（B ）。 A、备忘录法 B、动态规划法 C、贪心法 D、回溯法 6、衡量一个算法好坏的标准是（ C ）。 A 运行速度快 B 占用空间少 C 时间复杂度低 D 代码短 7、以下不可以使用分治法求解的是（ D ）。 A 棋盘覆盖问题 B 选择问题 C 归并排序 D 0/1背包问题 8. 实现循环赛日程表利用的算法是（A ）。 A、分治策略 B、动态规划法 C、贪心法 D、回溯法 9．下面不是分支界限法搜索方式的是（D ）。 A、广度优先 B、最小耗费优先 C、最大效益优先 D、深度优先 10．下列算法中通常以深度优先方式系统搜索问题解的是（D ）。 A、备忘录法 B、动态规划法 C、贪心法 D、回溯法 11.备忘录方法是那种算法的变形。（ B ） A、分治法 B、动态规划法 C、贪心法 D、回溯法 12．哈夫曼编码的贪心算法所需的计算时间为（B ）。 A、O（n2n） B、O（nlogn） C、O（2n） D、O（n） 13．分支限界法解最大团问题时，活结点表的组织形式是（B ）。 A、最小堆 B、最大堆 C、栈 D、数组 14．最长公共子序列算法利用的算法是（B）。 A、分支界限法 B、动态规划法 C、贪心法 D、回溯法 15．实现棋盘覆盖算法利用的算法是（A ）。 A、分治法 B、动态规划法 C、贪心法 D、回溯法 16.下面是贪心算法的基本要素的是（C ）。 A、重叠子问题 B、构造最优解 C、贪心选择性质 D、定义最优解 17.回溯法的效率不依赖于下列哪些因素（ D ） A.满足显约束的值的个数 B. 计算约束函数的时间 C.计算限界函数的时间 D. 确定解空间的时间 18.下面哪种函数是回溯法中为避免无效搜索采取的策略（B ） A．递归函数 B.剪枝函数 C。随机数函数 D.搜索函数 19. （D）是贪心算法与动态规划算法的共同点。 中国矿业大学 密码学课程设计报告 院系： 计算机学院 专业： 信息安全 班级： 信安08-3班 姓名： 许多 学号： 08083701 指导老师： 汪楚娇 2011年6月 1绪论 密码技术是一门古老而十分有用的技术，随着计算机通信技术的迅猛发展，大量的敏感信息通过公共设施或计算机网络进行交换。特别是Internet的广泛应用、电子商务和电子政务的迅速发展，越来越多的信息需要严格的保密，如：银行账号、个人隐私等。正是这种对信息的机密性和真实性的需求，密码学才逐成为比较热门的学科。 近几年来，信息安全成为全社会的需求，信息安全保障成为国际社会关注的焦点。而密码学是信息安全的核心，应用密码学技术是实现安全系统的核心技术。应用密码学研究如何实现信息的机密性、完整性和不可否认性。随着信息系统及网络系统的爆炸性增长，形形色色的安全 威胁严重阻碍了当前的信息化进程，因此，亟待使用密码学来增强系统的安全性。而密码学课程设计正是为这方面做出了具体的实践。 经过前一段时间的学习，我们对于密码学这门课程有了更深的认识和了解，对于一般的密码学算法学会了怎么样使用。因此，通过密码学课程设计这么课程，对前一段的学习进行了检查。在设计中，我们选择做了古典密码算法，分组密码算法DES，公钥密码算法RSA。这几种经典的密码算法是我们学习密码学课程设计所必须掌握的，也是学习信息安全的基础。在接下来的部分，我将详细介绍我设计的过程以及思路。 2 古典密码算法 2.1 古典密码Hill 2.11 古典密码Hill概述 Hill体制是1929年由Lester S.Hill发明的，它实际上就是利用了我们熟知的线性变换方法，是在Z26上进行的。Hill体制的基本思想是将n个明文字母通过线性变换转化为n个密文字母，解密时只需要做一次逆变换即可，密钥就是变换矩阵。 延 边 大 学 （ 二 〇 一 三 年 五 月 摘 要 本 科 毕 业 论 文 本科毕业设计 题 目：基于D E S 的对称加密算法的 设计与实现 学生姓名：周莹冰 学 院：工学院 专 业：数字媒体技术 班 级：2009级 指导教师：李永珍 副教授 随着信息时代的来临，信息的安全性变得尤为重要，而对数据进行加密是行之有效的能保证信息安全性的方法。DES算法是众多数据加密算法中的一种，在过去的几十年中在数据加密领域有着举足轻重的地位，然而随着计算机技术的发展，DES算法的安全性也被大大地降低，针对DES的暴力破解所用的时间在逐年减少，为了能使DES这种优秀的加密算法能够重新使用，本文将针对就DES的暴力破解提供一种有效的解决方案：基于DES算法迭代算法的改进，对DES的密钥长度进行了扩展。使DES的安全性得到了增强，同时相较于DES算法的改进算法3DES算法，效率上会比3DES高，安全性上也不会逊色于3DES。 关键词：DES；密钥扩展；迭代算法； Abstract With the coming of information age, information security has become especially important, and to encrypt data is effective to ensure the security of the information. DES algorithm is one of data encryption algorithms, in the past few decades has a pivotal position in the field of data encryption. however, with the development of computer technology, the security of DES algorithm also has been greatly reduced, the time of brute force of DES has been reducing year by year, in order to make this good encryption algorithm can be used again, this article will focus on the DES of brute force to provide an effective solution: based on iterative algorithm of DES algorithm, and extended the length of DES key. To make the security of DES more enhanced, at the same time, compared with the 3 DES algorithm, the efficiency will be higher than 3 DES, and security will not inferior to 3 DES. Key word: DES; key expansion;iterative algorithm 系统分析原理与方法 Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】 系统分析的概念 系统是系统分析的最基础的概念。按照一般系统论的创立者贝塔朗菲（L· von Bertalanffy）的观点，系统是处于一定的相互关系并与环境发生关系的各个组成部分(要素)的总体(集)。我国着名科学家钱学森则主张把“极其复杂的研究对象称为系统，即相互作用和相互依赖的若干组成部分合成的具有特定功能的有机整体，而且这个系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。”因此，我们可以一般地将系统界定为是由若干处于相互联系并与环境发生相互作用的要素或部分所构成的整体。 世界上的一切事物都是作为系统而存在的，是若干要素按一定的结构和层次组成的，并且具有特定的功能。系统普遍存在于自然界和人类社会之中。它是要由素所构成的整体，离开要素就无所谓的系统，因而要素是系统存在的基础；系统的性质一般是由要素所决定的（有什么的要素，就具有什么样的系统及其功能），但系统又具有各要素所没有的新功能；各种要素在构成系统时，具有一定的结构与层次，没有结构层次的要素的胡乱堆积构不成系统；系统的性质取决于要素的结构，而在一个动态结构的系统中，结构的好坏直接是由要素之间的协调体现出来；系统与环境之间也存在密切的联系，每个系统都是在一定的环境中存在与发展的，它与环境发生物质、能量和信息的交换（这是开放系统的一个基本特点）。系统的各要素之间，要素与整体之间，整体与环境之间存在着一定的有机联系，从而在系统内外形成一定的结构与秩序，使得系统呈现出整体性、有机关联性、结构层次性、环境适应性（开放性）和有序性等特征，这些特征就是所谓的系统的同构性。 系统分析或系统方法，就其本质而言，是一种根据客观事物所具有的系统特征，从事物的整体出发，着眼于整体与部分，整体与结构及层次，结构与功能、系统与环境等的相互联系和相互作用，求得优化的整体目标的现代科学方法以及政策分析方法。拉兹洛认为，系统论为我们提供一种透视人与自然的眼光，“这是一种根据系统概念，根据系统的性质和关系，把现有的发现有机地组织起来的模型。”贝塔朗菲则将系统方法描述为:提出一定的目标，为寻找实现目标的方法和手段就要求系统专家或专家组在极复杂的相互关系网中按最大效益和最小费用的标准去考虑不同的解决方案并选出可能的最优方案。我国学者汪应洛在《系统工程导论》一书中则认为，系统分析是一种程序，它对系统的目的、功能、费用、效益等问题，运用科学的分析工具和方法，进行充分调查研究，在收集、分析处理所获得的信息基础上，提出各种备选方案，通过模型进行仿真实验和优化分析，并对各种方案进行综合研究，从而为系统设计、系统决策、系统实施提出可靠的依据。 系统分析的作用 系统分析主要作用是：鼓励人们对系统的不同部分进行同时的研究；使人们注意系统中的结构和层次的特点；开拓新的研究领域，增加新的知识；突出未知东西的探索，使人们从过去和现在的基础上了解未来；使人们转换视角，从不同的角度或侧面看问题；迫使人们在考虑目标和解决问题的要求时，也同时注意考虑协调、控制、分析水平和贯彻执行的问题；诱导新的发现，注意进行从目的到手段的全面调查等等。系统分析的内容 根据系统的本质及其基本特征，可以将系统分析的内容相对地划分为系统的整体分析、结构分析、层次分析、相关分析和环境分析等几个方面。 一、整体分析 二、整体性是系统的最基本的属性或特征之一。因而，整体分析也就构成系统分析的一个主要内容。根据系统论的原理，任何系统都是由众多的子系统所构成的，子 现代密码学教程第二版 谷利泽郑世慧杨义先 欢迎私信指正，共同奉献 第一章 1.判断题 2.选择题 3.填空题 1.信息安全的主要目标是指机密性、完整性、可用性、认证性和不可否认性。 2.经典的信息安全三要素--机密性，完整性和可用性，是信息安全的核心原则。 3.根据对信息流造成的影响，可以把攻击分为5类中断、截取、篡改、伪造和重放，进一 步可概括为两类主动攻击和被动攻击。 4.1949年，香农发表《保密系统的通信理论》，为密码系统建立了理论基础，从此密码学 成为了一门学科。 5.密码学的发展大致经历了两个阶段：传统密码学和现代密码学。 6.1976年，W.Diffie和M.Hellman在《密码学的新方向》一文中提出了公开密钥密码的 思想，从而开创了现代密码学的新领域。 7.密码学的发展过程中，两个质的飞跃分别指 1949年香农发表的《保密系统的通信理 论》和 1978年，Rivest，Shamir和Adleman提出RSA公钥密码体制。 8.密码法规是社会信息化密码管理的依据。 第二章 1.判断题 答案×√×√√√√×× 2.选择题 答案：DCAAC ADA 3.填空题 1.密码学是研究信息寄信息系统安全的科学，密码学又分为密码编码学和密码分 析学。 2.8、一个保密系统一般是明文、密文、密钥、加密算法、解密算法 5部分组成的。 3.9、密码体制是指实现加密和解密功能的密码方案，从使用密钥策略上，可分为对称和 非对称。 4.10、对称密码体制又称为秘密密钥密码体制，它包括分组密码和序列 密码。 第三章5.判断 6.选择题 实验二两种基本古典密码设计与实现 091234 谢锦仪一、实验目的： 该实验为验证性实验。 通过本实验，使学生对于两种基本的古典密码编码方法（“代替”与“移位”）产生深刻的感性认识，体验清楚二者之间的本质差异，为理解和掌握现代密码的相应知识打下良好基础。 二、实验内容： 1．设计一个周期3的多表代换并予以实现，要求：第一个表有密钥字法产生(密钥字自拟)，第二个表由洗牌法产生（注意，字母a~z与数字0~25一一对应，洗牌法即相当于实验一的方法1（n=25）），第三个表由公式法产生（数学公式自拟，注意它须是Z26上的一个一一变换）。 2．设计一个周期5的16-置换移位密码并予以实现，要求：5个16-置换至少有一个是由实验一（n=15）提供的两个方法以为、自行设计的其它方法产生。 三、实验要求： 1. 上述两个古典密码的编程实现，须能对下面一段明文进行正确加密（对代 替密码，空格和标点符号保持不动；对移位密码，空格和标点符号也移位）： Q is a symmetric block cipher. It is defined for a block size of 128 bits. It allows arbitrary length passwords. The design is fairly conservative. It consists of a simple substitution-permutation network. In this paper we present the cipher, its design criteria and our analysis. The design is based on both Rjindael and Serpent. It uses an 8-bit s-box from Rjindael with the linear mixing layers replaced with two Serpent style bit-slice s-boxes and a linear permutation. The combination of methods eliminates the high level structure inherent in Rjindaelwhile having better speed and avalanche characteristics than Serpent. Speedis improved over Serpent. This version 2.00 contains better analysis, editorialchanges, and an improved key scheduling algorithm. The number ofrecommended rounds is also increased. 2. 抓图显示密文（附页），不能出现明显错误。 四、实验步骤： 1、实验思路 对于代替密码，难点是大小写的转化和保持加密后大小写的不变。这里利用了专门的字符处理函数库ctype。用Tolower函数将大写转化为小写，然后转化为数字。这样才能容易的实现代替加密的过程。在密钥字算法的实现中，利用字符串处理函数的功能，在拼接比较后，录入到choicewords中，最后进入keytab，作为密钥的一部分。洗牌法我用的是实验一自己设计的方法，很简单就融入了这个程序之中。 移位密码：由于老师要求用一种全新的产生全排列的方法，我于是想到了RSA公钥体制。这里面RSA算法是密码学三大算法之一(RSA、MD5、DES)，是一种不对称密码算法。 第3章栈——实验三 3.1 实验目的及要求 1．理解特殊的线性结构——顺序栈的抽象数据类型的定义，及其在C语言环境中的表示方法。 2．理解顺序栈的基本操作的算法，及其在C语言环境中一些主要基本操作的实现。 3．在C语言环境下实现顺序栈的应用操作： ①利用栈实现十进制数转换成八进制数。 ②利用栈实现一位数的加减乘除的表达式求解。 3.2 实验内容 经过对实验目的及要求的分析，本实验仍然采用首先描述栈的基本操作集函数，然后分别在两个应用操作中使用基本操作集函数来实现。 由于栈是一种特殊的线性结构，仅在栈顶进行插入和删除操作，即栈具有后进先出的特点，故其操作比一般的线性表更为容易，所以在本实验中有关栈的基本操作集的实现都比较简单，没有做过多的说明，而是在数制转换和表达式求解的应用操作中加入了更多的编程技巧，使读者通过本实验不仅了解栈这种特殊结构的线性表，而且掌握利用栈可实现很多的应用，尤其是在实现表达式求解时用到了两个顺序栈，并且加入了运算符的优先关系的判断等，实现稍有难度。 在程序Stack.c中，只包含了数制转换和一位数的表达式求解，多位数的表达式求解思想与一位数表达式求解思想一致，但需要添加多位数的接收处理，请读者自行编写代码。 程序名为：Stack.c。 在Stack.c中包含的函数如图3.1所示。 数据结构算法设计与实现指导（C语言版） 28 图3.1 Stack.c中包含的函数一览表 3.3 功能函数的分析设计及源代码 本部分列出了实现顺序栈的操作的源代码，并在适当的位置上添加了一些文字和流程图的注释，帮助读者理解顺序存储的栈的存储结构及操作算法。 文件名：Stack.c #include "alloc.h" #include "stdio.h" #define STACK_INIT_SIZE 10 #define STACKINCREMENT 2 #define TRUE 1 #define FALSE 0 #define OK 1 #define ERROR 0 #define OVERFLOW -2 typedef int SElemType; typedef int Status; //定义顺序栈的结构 typedef struct SqStack { SElemType *base; SElemType *top; int stacksize; }SqStack; //初始化一个空栈 Status InitStack(SqStack *S) { (*S).base=(SElemType *)malloc(STACK_INIT_SIZE*sizeof(SElemType)); if(!(*S).base) exit(OVERFLOW); BF算法： #include int BMMatcher(char *s, char *p, int index, int position[]) { int len = strlen(s); int i,j, nextindex; i = strlen(p)-1; for(; i>=0; i--, j--) { if(s[j] != p[i]) break; } if(i<0) return 0; else if(position[s[j]]>0) nextindex = index + i - position[s[j]]; else nextindex = index + 1; if(nextindex > LEN-strlen(p)) return -1; else return nextindex; } int main() { int position[LEN]={0}; char *src="ababcababa"; char *patten="ababa"; int i, nextindex, index=-2, pos=0; for(i=0; i 算法实现题3-7 数字三角形问题 问题描述： 给定一个由n行数字组成的数字三角形，如图所示。试设计一个算法，计算出从三角形的顶至底的一条路径，使该路径经过的数字总和最大。 编程任务： 对于给定的由n行数字组成的数字三角形，编程计算从三角形的顶至底的路径经过的数字和的最大值。 数据输入： 有文件input.txt提供输入数据。文件的第1行是数字三角形的行数n，1n<=100。接下来的n行是数字三角形各行的数字。所有数字在0-99之间。 结果输出： 程序运行结束时，将计算结果输出到文件output.txt中。文件第1行中的数是计算出的最大值。 输入文件示例输出文件示例 input.txt output.txt 5 30 7 3 8 8 1 0 2 7 4 4 4 5 2 6 5 源程序： #include "stdio.h" void main() { int n,triangle[100][100],i,j;//triangle数组用来存储金字塔数值,n表示行数 FILE *in,*out;//定义in，out两个文件指针变量 in=fopen("input.txt","r"); fscanf(in,"%d",&n);//将行数n读入到变量n中 for(i=0;i关于密码学的发展和一些常见的加密算法
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