AES密码学实验报告.docx

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实验报告

【实验名称】AES加密解密实验

姓名：

学号：

班级：

日期：

10月20日

【实验目的】

1.掌握AES算法的基本原理

2.了解AES算法的详细步骤

【实验环境】

1.本试验需要密码教学实验系统的支持

2.操作系统为Windows2000或者WindowsXP

【实验内容】

1.掌握AES算法的原理及过程

2.完成AES密钥扩展运算

3.完成AES数据加密运算

【实验步骤】

1.打开“AES理论学习”，掌握DES算法的加解密原理；

2.打开“AES算法流程”，开始DES单步加密实验，如图10-1；

3.选择密钥输入为ASCII码或十六进制码模式，输入密钥；若为ASCII码模式，则输入8个字符的ASCII码；若为十六进制码模式，则输入16个字符的十六进制码（0～9，a～f，A～F）；

4.点击“字节矩阵”按钮，将输入的密钥转化为密钥字节矩阵，从左至右每一列依次为W0,W1,W2,W3；

5.依次点击“RotWord”、“SubWord”、“轮常量异或”，对W3依次进行“循环移位”、“S盒”、“轮常量异或”操作并与W0异或得到W4,；

6.点击“异或”按钮，使得W1与W4进行异或得到W5

7.点击“生成W6和W7”按钮，生成W6和W7

8.点击“生成所有轮密钥”按钮，生成1~10轮轮密钥

9.进入第二部分——加密，选择加密输入为ASCII码或十六进制码模式，输入明文；若为ASCII码模式，则输入8个字符的ASCII码；若为十六进制码模式，则输入16个字符的十六进制码（0～9，a～f，A～F）；

10.点击“字节矩阵”按钮，将输入明文转化为明文字节矩阵；

11.点击“AddRoundKey”按钮，使明文字节矩阵与密文字节矩阵进行逐比特异或；

12.接下来进行第一轮操作，依次点击“SubBytes”、“ShiftRows”、“MixColumns”、“AddRoundKeys”按钮，对经过轮密钥加操作的字节矩阵依次进行字节替换、行移位、列混合和逐字节异或操作，得到新的字节矩阵；

13.对上一步得到的结果连续进行8轮上一步的四步操作得到新的字节矩阵；

14.第十轮的时候依次进行字节替换、行移位、轮密钥加操作（不需要列混合）得到最终的密文字节矩阵。

15.AES数据加密解密体验

【实验心得】

本次实验的主要内容是AES加密算法的实现。

在看懂AES加密原理的基础上，明白了加密的关键虽然是扩散和混淆。

加密过程依次经过读进明文、读进密钥、产生轮子密钥、轮密钥加、轮变换（包括字节替换、列变换、列混淆、轮密钥加）及最后轮变换得到密文，而解密过程则是加密过程的逆过程，依次经过读取密文、读取密钥、产生轮子密钥、轮密钥加、轮变换（包括逆列变换、逆字节替换、获得轮密钥、轮密钥加、逆列混淆）和最后一轮变换。

理解和学习AES是在学习和实验了DES的基础上，比较这两种加密算法可以发现：

他们都是对称的分组加密算法；具有较高的复杂性，使得破译的开销超过可能获得的利益，同时理解和掌握密码体制的安全性应该不依赖于算法的保密，其安全性仅以加密密钥的保密为基础，适用于多种完全不同的应用。

DES为64位，但AES可以为128、192和256位； DES包括对密钥和明文的按位变换及子密钥计算等，对比AES，我们可以发现，AES比DES更加复杂，从而AES也解决了DES的一些问题：

（ 1） 作为分组密码,DES的加密单位仅有64位二进制,这对于数据传输来说太小,因为每个分组仅含8个字符,而且其中某些位还要用于奇偶校验或其他通讯开销。

（ 2） DES的密钥的位数太短,只有56比特,而且各次迭代中使用的密钥是递推产生的,这种相关必然降低密码体制的安全性, 在现有技术下用穷举法寻找密钥是可行的。

（3） DES不能对抗差分和线性密码分析。

迄今为止, DES算法中的S盒8个选择函数矩阵的设计原理因美国政府方面的干预, 不予公布。

从这一方面严格地讲DES算法并不是一个真正的公开加密算法。

S盒设计中利用了重复因子, 致使加密或解密变换的密钥具有多值性, 造成使用DES合法用户的不安全性。

而且, 在DES加密算法的所有部件中, S盒是唯一的具有差分扩散功能的部件（相对于逐位异或）, 其它都是简单的位置交换, 添加或删减等功能, 毫无差分扩散能力。

这样, DES的安全性几乎全部依赖于S盒,攻击者只要集中力量对付S盒就行了。

（ 4） DES用户实际使用的密钥长度为56bit, 理论上最大加密强度为256。

DES算法要提高加密强度（例如增加密钥长度）, 则系统开销呈指数增长。

除采用提高硬件功能和增加并行处理功能外,从算法本身和软件技术方面无法提高DES算法的加密强度。