(完整版)IDEA密码算法.docx

陕西科技大学实验报告班级：信息062学号:200612030223姓需:孙丹龙实验组别:实验日期：报告日期：成绩：报告内容：(目的和要求、原理、步骤、数据、计算、小结等)实验名称：IDEA密码算法实验一、实验目的(1)通过实验熟练掌握IDEA密码算法，学会IDEA算法程序设汁。(2)提高C什程序设计能力。二、实验要求(1)熟练掌握IDEA密码算法。(2)学会IDEA算法程序设计，提高C4+程序设计能力。(3)独立完成实验，并按时完成实验报告。三、实验原理(流程图)：64比特的数据块分成4个子块X”X?,X3和X，每一个子块16比特，作为第1轮的输全部共8轮迭代。运算步骤如下：t(1) Xl和第1个子密钥块作乘法运算。(2) X2和第2个子密钥块作加法运算。(3) Xs和第3个子密钥块作加法运算。(4) X4和第4个子密钥块作乘法运算。(5) (1)和(3)结果作异或运算。(6) (2)和(4)结果作异或运算。(7) (5)的结果与第5个子密钥块作乘法运算。(8) (6)和结果作加法运算。(9) (8)的结果与第6个子密钥块作乘法运算。(10) (7)和(9)结果作加法运算。(11) (D和(9)结呆作异或运算。(12) (3)和(9)结果作异或运算。(13) (2)和(10)结呆作异或运算。附页(14)(4)和(10)结果作异或运算。结果的输出为(11),(13),(12),(14)。除最后一轮(第8轮)夕卜，第2和第3块交换。第8轮结束后，最后输出的变换有：(1) X和第1个子密钥块作乘法运算。(2) X,和第2个子密钥块作加法运算。(3) Xa和第3个子密钥块作加法运算。(4) X4和第4个子密钥块作乘法运算。子密钥块每轮6个，最后输出变换4个，共52个。首先将128比特的密钥分成8个子密钥，每个子密钥16比特。这8个子密钥正好是第1轮的6个及第2轮的前两个。再将密钥左旋25比特，再将它分成8个子密钥。前4个是第2轮的子密钥，后4个是第3轮的子密钥。将密钥再左旋25比特，产生后8个子密钥。依此类推，直到算法结束。r叫23M5610-1516-3132-4748-6364-7980-95296-111112-12725-4041-5657-7273-88389-104105-120121-89-2450-6566-81482-9798-113114-12-1718-3334-49575-9091-106107-122123-1011-2627-42643-5859-74100-115116-34-1920-35736-5152-6768-8384-99125-1213-28829-4445-6061-7677-9293-108109-124922-3738-5354-6970-85表IIDEA的密钥扩展过程设密钥k=k%8分成8段，依次为7dkkkNkk.k乙1一06,JJl7*48勺2,必6-aS1S2K96,K97K9S5124513代728再将R向左旋移位25比特55焰8丘&2人5分8段，前4段是第2轮的子密钥Zf,Zf,Zf,Zf；后4段依次是Z严，Zf,Z严。继续以上步骤，直到52个子密钥生成完毕。解密过程和加密完全一样，只不过解密用的子密钥不同。解密密钥和加密密钥有一个对应关系。这里ZJ表示Zn»d（2l6+l）乘法的逆，即ZOZJ=Inx）d（2,<5+1）-Z表示Zmod26加法运算的逆，即Z田一Z=omod2l6下面讨论解密的运算地正确性。用4表达步骤（1厂（4）,B表达（5厂（14）步骤，包括第2、第3两部分的交换。（在图中，第8轮结束后不交换，但是为了B完整性，在第8轮做了交换，所以第9轮的输入要给他们再换回来）明文设为加密运算的第9轮有：0z<9）,丫2=%田Z,4=8407A（<，人，人，岭作为解密运算的输入，解密运算的第1轮有：儿;乙ZJ尸KoZJO（Zf）T=%力2=岭田（-Z缪）盗出zyffi（_z畀）=5田（-Zy）=%ffIzyffi（_zy）=%1=4（ZT）T=vvs4OzrO（Zj）T=Ws4可见解密第1轮4的输出恰好是加密第8轮的输出。（？为什么是这样？因为在图中第8轮结束后，多交换了一次？本来应是%,%,%）再看/DE4加密算法的主要构成模块M4.如图所示：MAv”Um表示M4的左边的输出，MA"YU,V)表示M4的右边的输出。则有：%=；8MA7(/8Q/83,Zs2®/$，)%u/J®M如(；81ZS3,S2入)%=/®AlVKD(：8Zs2O/2%=Z84隹)MA("(/8ie'G4)Vn=J”AM(I)(JHL3,Jl2J14)=MX三)MIlHMxj)WS2,%WS4)WSI=ZsMA伙ZSI/"si®)GMA”(/81s3,Z2j)=si人3艇)%Z2M4")(Z81ZS3,S2Q)ZUM4(加/S3,32Zs4)#82®Z«4所以岭二s6AM(5/%J.S2G)AM(/siA人/“)=/.同样可证：V2=S3,V3=S2,V4=84这就证明了解密运算的第1轮的输出，正好是加密运算第8轮的A的输入，不过第2块和第3块交换。依此类推，可证：Vs=u,V82=Z3,VS3=2,V84=4所以最后一轮的输出为：Vso(Zl尸40(Z#尸=X2(Zf)O(zp)T=XXVs3ffIjZD=力田(-ZD=X2ffl(Zf)田JZD=X2V82田(-zf)=Z3田(-Zv°)=X3ffl(ZF)田(-Zf)=X、Vs4O(Zf尸=ZM(Zf尸=XQ(Zf)O(Zf尸=x4故输出的明文为(X,X2,X3,XJ/IDEA密码算法存include<iostieam>存include<stiing>#include<malh.h>Usingnamespacestd;constunsignedintN=256mod(pow(2.8)=256ConStUnSignedinIMUL=65537;16比特的整数做mod(pow(2,16)+1)=65537的乘法运算图1总体流程图C示始）图2加密算法COnStUnSignedintADD=65536;16比特的整数做mod(pow(2,16)=65536的加法运算Stimgkev-Change(Unsignedintnjntk)/十进制数倒序变换为k位二进制(stringresult;i=O:i<k;i+)(if(i!=O)&&result+=n；l;if(n%2)result+=nr;elseiesult+=nOH;n=2;returnresult;)StimgChange(UnSignedmmjntk)十进制数顺序变换为k位.:进制(stringresult;i=O:i<k;i+)(if(i!=0)<A!(i%4)result='l+resuIt;if(n%2)result=M!"+result;elseresult=HO"+iesult;n=2;)retumresult;VoidSeLkey(UnSignedmtkey.unsignedintz刃6)生成密钥模块mtij,k,flag=Oj=O;unsignedintsumjemp9616;foi(i=0;i<9;i+)(for(j=()j<6j-H-)(fbi(k=0;k<16;k+)temp1jk=key(flag+t+)%128;if(!(i=j=O)&&(6*i-tj)%8)=7)flag+=25;foi(i=0;i<9;i+)(for(j=0j<6j+)sum=0;fbr(k=0;k<16;k+)if(temijk)sum+=pow(2,k);zij=sum;VoidSeLm(UnSignedmtWiite.Iinsignedmlx口)生成明文模块iHitlj;Unsignedintsum;for(i=0;i<64;i+=16)(sum=0;for(j=0j<16j+÷)if(writei+j)sum+=pow(2j);xV16=sum;)VOidStiing_bb(stringstr,unsignedintresult)字符序列转换为二进制(Hitlj;Unsignedinttemp:fbr(i=O;i<str.length();i-H-)(temp=strli;fbr(j=Oj<8j-H-)(if(temp%2)result8*i-Fjl=l;elseresult8*i+j=0;tenip=temp2;1voidencrypt(unsignedintx(.unsigncdintz9H6)(mttj;unsignedintresult20;foi(t=0;t<8;t+)resultO=(xOJ*ztO)%MUL;re sultlj=(xl+zt 1 )%ADD:resul t2=(x2+zt2)%ADD;result3=(x3*zt3)%MUL;/Xl和第1个子密钥块作乘法运算X2和第2个子密钥块作加法运算X3和第3个子密钥块作加法运算/X4和第4个子密钥块作乘法运算result4=result|0Aresult|2;(I)和(3)结果作异或运算result5=resultlAresult3;(2)和(4)结果作异或运算MresuH6=(iesult4*zt4)%NIUL;(5)的结果与第5个子密钥块作乘法运算result7=(result5+result6)%ADDy(6)和结果作加法运算result8=(iesult7*zt5)%NIUL;(8)的结果与第6个子密钥块作乘法运算result9=(result6+result8)%ADDy/和(9)结果作加法运算resultf!O=resultOAresult8;(l)和(9)结果作异或运算resultfll=result2Aresult8;(3)和(9)结果作异或运算resultf12=resultlAresult9;(2)和(10)结果作异或运算resultf!3=result3Aresult9;(4)和(10)结果作异或运算cout<<"ii第趟”endl«endl;(4)和(10)结果作异或运算fbr(j=0;j<14j+)cout«ntStepH«j+l«ntn«Mttr«change(result(jJ,l6)<<endl;cout<<nnresult10=H«result10«MM«chaiige(result10|46cout«Hresult12=M«result12«Hr«cliaiige(result12,16)«endl;cout«Hresultll=H«resultl1«Hn«cliange(resultl1J6)«V;cout«Hresultl3=M«result13«H,r«cliaiige(result13,16)<<endl;cout«rn<<endl;x0=result10;xl=result12;x2=resultl1;X=result13除最后一轮(第9轮)外，第2和第3块交换x(0=(x0*zt0)%MULXl和第1个子密钥块作乘法运算x1=(x1+zt1)%ADDX2和第2个子密钥块作加法运算x2=(x2+zt2)%ADDX3和第3个子密钥块作加法运算x3=(x3*zt3)%MULX4和第4个子密钥块作乘法运算CoUkM加密结果是:H<<endl;cout«MtM«change(x0J6)«MtM«change(xlJ6)«endl:cout«ntH«change(x2J6)«nlH«change(x3,16)«endl;mtmaiii()SmtUnsignedintsumjemp,x4,z96,key128.write64;stringm.k,str;cout<<"tt*n"'cout«MtttIDEA密码算法COUt<<"lltt*11"'cout«Mii请输入明文字符$声；Ciri»m;cout«Mii请输入密A：n；cm»k;cout«Miitl密钥为k=M<<k«endl«endl:Stnnjbb(k,key);将密钥字符序列转换为二进制，存放于数组key128coul«nk=H«endl;for(i=0;i<128;i+)cout«kevi;if(i!=O)&&(i%8)=7)cout«MH;if(i!=O)<fc<fe(i%32)=3l)cout<<endl;stunjbb(mjviile);将明文字符序列转换为二进制，存放于数组writ亡64cout«Miittt明文是m=M«m«endl«endl;cout«,rm=H«endl;for(i=0;i<64;i+)cout<<wiitei;if(i!=O)&&(i%8)=7)cout«MH;if(i!=O)&&(i%32)=3l)cout<<endl;s亡t_key(key,z);生成密钥模块z96COUt<"ai=>密钥模块:n<<endl;for(i=0:i<9;i+)(fbr(j=()j<6j+)(cout«-zH«i+l«HJN«j+l«H-«key_change(zliUa6)«Mr;if(j%2)cout«endl;cout<<endl;)fbr(i=0j=0;i<4;i+j+=2)xli=mLj+Il*pow(2,8)+m|j;SeLm(Write,x);生成明文模块x4CoUt<<"ai=>明文模块:ii<<endl;for(i=0:i<4;i+=2)cout«MxH«i«"=n«xi«Ht"«key_change(xi46)«HtH«HxH«i+l«H=H«xi+l«-tH«key_change(xi+1,16)<<endl;*ir«endl;enci-vpt(x.z);relumO;)S、程序运行结果：1、运行程序，提示输入明文字符串m和密钥序列k,然后输出明文和密文以及将各自转换为16位二进制表示形式，如下图所示：P= 101010 mooocFEC+Debug曳件IDEA密码算法.exe,1H,Conputersecurity,¾BI-.：I：,1.1.II.4=110001101111101101011011000111001011101100101110101001100100111000111001010100110ll011010101110OlllOIoOlollo00101110Il11110明文是m=Tsinghua11001110l101100111011000010110Ioioiiio100ooiio2、由密钥序列k生成密钥模块，如卜图所示:K*F:VC+Debug复件IDEA密码算法.exe*_Hl密钥模块：2(111100,0110,1111,0110ZL21011,0110,0000,1110ZL1JL311010,1110,0010,1110ZL11C41010,0110,0100,1110ZL11L51100,11104010,0110ZLI1161100,0110,1010,1110ZL21L10100,1110,11,OllOz22OOlO,1110,1001,1110ZL21L30l,1101,0101,1100ZC21140101,1101,0100,1100ZL21L5IoOl,noLlOol,IioiZC21L60100,1101,1000,1101ZL31L10101,1100,11,IlOlz31L2OoIo,1100,0101,1101ZL31L3O(HI,1101,1000,IlOlz341110,1101,0110,1100ZL31L50l,1101,0101,1100z3L60101,1101,0100,1100ZL4JL1IooI,110LIoOl,1101z4L20100,1101,1000,1101ZL4JL3OIOl,1100,1001,IlOlZ10,1100,0101,1101ZL4JL50011,1101,l0,IlOlz(4L61110,1101,0110,1100ZL51L10l,1101,0101,1100zC5M20101,1101,0100,1100ZL51L3100l,1101,1001,1101ZL5(40100,1101,1000,1101ZL51L50101,1100,11,IlOlz5H610,1100,0101,1101ZL61L1OOIl,1101,1000,IlOlZC61L211104101,0110,1100ZL61L30l,1101,0101,1100zC61140101,1101,0100,1100ZL61L5IOoLllOl,100LlIolZC61L60100,1101,1000,1101z7l0101,1100,11,IlOlz7L2OOlO,1100,0101,1101ZL71L30011,1101,l0,IlOlZ1110,1101,0110,1100ZL71L50l,1101,0101,1100Z0101,1101,0100,1100zL8)(l)IoOl,1101,1001,1IOlz(81L20100,1101,1000,1101zL83OlOl,1100,1001,IlOlz8410,1100,0101,1101zL850011,1101,l0,IlOlz81L61110,1101,0110,1100zL9l0l,1101,0101,1100z91L20101,1101,0100,1100zL9113IooLllOI,1001,1IOlz940100,1101,1000,1101zL950101,1100,11,IlOlz91L610,1100,0101,1101MF:VC+Debug熨件 IDEA 密码算法.exe*明文模 块：x(0=29524x(21=267270010,1010,1100,11101110,0110,0001,0110x13=2826511,0110,0111,OllOx33=249491010,1110,l0,OllO3、由明文字符串m生成明文模块，如下图所示:-Xl*F:VC+Debug复件IDEA密码部法.exe*SteplStep2Ste p3Step4Step5Step6 Step?Step8 Step? StepIOStepllStepl2Stepl3Stepl4result101=61072result113=576031110,1110,1001,0000result121=602671110,0001,0000,001IreSUlt133=215361101,0011,0100,1111 1101,1110,1101,0110 1101,1100,1101,1100 Ollo,0001,1001,IiOl Oooo,1111,1001,0011 1011,1111,0100,1011 1111,0111,1101,1110 1011,0111,0010,1001 0011410141014111 0011,0101,1011,1101 1110,1110,0000 IllOQooIQooo,0011 11104011,0110,1011 0101,0100,0010,00001110,1011,0110,10110101,0100,10,00004.循环迭代8次,如下图所示:Steol0110.0110.1100.1001Step21011,1011,10,0011Step31101,1011,ll,0011Step41011,0100,1111.0000Step51011,1101,1111,1010Step600,1111.1101.0011Step?1101,1001,1011,0100Step81110,1001.1000,0111Step?11,0111,1001,1000StepIO01,01,0100,1100Stepll0101,01,0101,0001Stepl21110,1100,1010,1011Stepl31010,1010,0110,1111Stepl41010,0101,1011,1100Result(103=208170101,01,0101,0001result123=436311010,1010,0110,1111Resultll=605871110,1100,1010,1011result131=424281010,0101,1011,H加密结果是：*F:VC+Debug更件IDEA密码算法JIeHLIoOLIooLoOlOlIOI.1101.0010.100l,0110,0110,01001100,0101,1010,IlllPressanykeytocontinue六、实验小结:本次试验让我们进一步掌握了IDEA加密算法以及其设计思想，运用了较广知识点，比如，数制之间的转换及储存形式，二进制数之间的加法、乘法、取余、异或运算以及移位等等。在次，统一运用十进制计算，最后以二进制形式输出简化了编程步骤，方便数据之间的处理。由于迭代次数较多，在编程中没能理清各个变量之间的关系，出现了许多错误，但在同学的帮助和自己的努力下予以解决。通过本次实验，不但巩固了对IDEA加密算法的掌握情况，而且锻炼了自己的VC/C+编程能力。