AES加密算法实验报告.docx

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AES加密算法实验报告

四川大学计算机学院、软件学院

实验报告

学号：

姓名：

专业：

班级：

第10周

课程名称

密码学与网络安全

实验课时

2

实验项目

AES加密算法

实验时间

2015.5.7

实验目的

完成AES加密算法，实现图片加密与解密，并将加密后的结果以图片格式保存。

实验环境

PC机，Windows7操作系统，VisualC++6.0

实验内容（算法、程序、步骤和方法）

一、简介

美国国家标准技术研究所在2001年发布了高级加密标准（AES）。

AES是一个对称加密算法，旨在取代DES成为广泛使用的标准。

AES中的所有运算都是在8为的字节上运行的。

特别饿，加减乘除算术都是在有限域GF（28）上运行的。

二、程序特点

本次试验中要求对图片进行加密与解密，并将加密结果以图片格式进行保存。

因此为了实现对图片的调度及保存，使用头文件atlimage.h进行对图片的操作，实现对图片的像素读取，图片的保存。

在程序运行读取需要加密的图片时，需要进行图片的选取，本次实验中使用在弹窗中选取文件的方式，使用头文件commdlg.h来实现在文件夹中选择需要的文件的选取。

三、加密算法流程

AES加密算法流程如下

字节代替：

用一个S盒完成分组的字节到字节的代替；

行移位：

进行一次行上的置换；

列混合：

利用有限域GF（28）上的运算特性的一个代替；

轮密钥加：

当前分组和扩展密钥的一部分进行按位异或。

四、代码实现

cryptograph.h

#include

#include

classplaintext

{

public:

plaintext（）;

staticvoidcreateplaintext（unsignedchara[]）;

staticvoidSubBytes（unsignedcharp[16]）;

staticvoidinSubBytes（unsignedcharp[16]）;

staticvoidShiftRows（unsignedchare[]）;

staticvoidinShiftRows（unsignedchare[]）;

staticvoidMatrixToByte（unsignedchare[]）;

staticvoidinMatrixToByte（unsignedchare[]）;

staticunsignedcharFFmul（unsignedchara,unsignedcharb）;

staticvoidKeyAdding（unsignedcharstate[16],unsignedchark[][4]）;

staticvoidKeyExpansion（unsignedchar*key,unsignedcharw[][4][4]）;

~plaintext（）;

private:

};

cryptograph.cpp

#include"cryptography.h"

usingnamespacestd;

staticunsignedcharsBox[]={};/定义加密S盒/

unsignedcharinsBox[256]={};//定义解密S盒

plaintext:

:

plaintext（）

{

}

voidplaintext:

:

createplaintext（unsignedchara[]）//创建明文

{

inti=0;

unsignedintp[16];

for（intj=0;j<200;j++）

{

if（a[j]==0）

{

break;

}

}

for（;i<16;i++）

{

p[i]=a[i];

a[i]=a[i+16];

}

}

voidplaintext:

:

SubBytes（unsignedcharp[16]）//字节变换函数

{

unsignedcharb[16];

for（inti=0;i<16;i++）

{

b[i]=sBox[（int）p[i]];

}

}

voidplaintext:

:

inSubBytes（unsignedcharp[16]）//逆字节变换函数

{

unsignedcharb[16];

for（inti=0;i<16;i++）

{

b[i]=insBox[（int）p[i]];

}

}

voidplaintext:

:

ShiftRows（unsignedchare[]）//行移位变换函数

{

unsignedchart[4];

for（inti=1;i<4;i++）

{

for（intx=0;x<4;x++）

t[x]=e[x+i*4];

for（inty=0;y<4;y++）

e[（y+4-i）%4+i*4]=t[y];

}

}

voidplaintext:

:

inShiftRows（unsignedchare[]）//逆行移位变换函数

{

unsignedchart[4];

for（inti=1;i<4;i++）

{

for（intx=0;x<4;x++）

t[x]=e[x+i*4];

for（inty=0;y<4;y++）

e[（y+i）%4+i*4]=t[y];

}

}

voidplaintext:

:

MatrixToByte（unsignedchare[]）//列混合变换函数

{

unsignedchart[4];

intr,c;

for（c=0;c<4;c++）

{

for（r=0;r<4;r++）

{

t[r]=e[r*4+c];

}

for（r=0;r<4;r++）

{

e[r*4+c]=FFmul（0x02,t[r]）

^FFmul（0x03,t[（r+1）%4]）

^FFmul（0x01,t[（r+2）%4]）

^FFmul（0x01,t[（r+3）%4]）;

}

}

}

voidplaintext:

:

inMatrixToByte（unsignedchare[]）//逆列混合变换函数

{

unsignedchart[4];

intr,c;

for（c=0;c<4;c++）

{

for（r=0;r<4;r++）

{

t[r]=e[r*4+c];

}

for（r=0;r<4;r++）

{

e[r*4+c]=FFmul（0x0e,t[r]）

^FFmul（0x0b,t[（r+1）%4]）

^FFmul（0x0d,t[（r+2）%4]）

^FFmul（0x09,t[（r+3）%4]）;

}

}

}

unsignedcharplaintext:

:

FFmul（unsignedchara,unsignedcharb）

{

unsignedcharbw[4];

unsignedcharres=0;

inti;

bw[0]=b;

for（i=1;i<4;i++）

{

bw[i]=bw[i-1]<<1;

if（bw[i-1]&0x80）

{

bw[i]^=0x1b;

}

}

for（i=0;i<4;i++）

{

if（（a>>i）&0x01）

{

res^=bw[i];

}

}

returnres;

}

voidplaintext:

:

KeyAdding（unsignedcharstate[16],unsignedchark[][4]）//轮密钥加

{

intr,c;

for（c=0;c<4;c++）

{

for（r=0;r<4;r++）

{

state[r+c*4]^=k[r][c];

}

}

}

voidplaintext:

:

KeyExpansion（unsignedchar*key,unsignedcharw[][4][4]）//密钥扩展

{

inti,j,r,c;

unsignedcharrc[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0x1b,0x36};

for（r=0;r<4;r++）

{

for（c=0;c<4;c++）

{

w[0][r][c]=key[r+c*4];

}

}

for（i=1;i<=10;i++）

{

for（j=0;j<4;j++）

{

unsignedchart[4];

for（r=0;r<4;r++）

{

t[r]=j?

w[i][r][j-1]:

w[i-1][r][3];

}

if（j==0）

{

unsignedchartemp=t[0];

for（r=0;r<3;r++）

{

t[r]=sBox[t[（r+1）%4]];

}

t[3]=sBox[temp];

t[0]^=rc[i-1];

}

for（r=0;r<4;r++）

{

w[i][r][j]=w[i-1][r][j]^t[r];

}

}

}

}

plaintext:

:

~plaintext（）

{

}

main.cpp

#include

#include

#include//使用文件选取功能

#include"cryptography.h"

usingnamespacestd;

unsignedcharw[11][4][4]={0};

intlen=0;//图片每行需要加密的长度

voidCipher（）;//加密图片

voidinCipher（）;//解密图片

voidCipher（unsignedchara[]）

{

unsignedcharb[16];

for（inti=0;i<（len/16）;i++）

{

for（intj=0;j<16;j++）

b[j]=a[j+i*16];

plaintext:

:

KeyAdding（b,w[0]）;

for（intn=1;n<=10;n++）

{

plaintext:

:

SubBytes（b）;

plaintext:

:

ShiftRows（b）;

if（n!

=10）plaintext:

:

MatrixToByte（b）;

plaintext:

:

KeyAdding（b,w[n]）;

}

for（intm=0;m<16;m++）

a[m+i*16]=b[m];

}

}

voidinCipher（unsignedchara[]）{

unsignedcharb[16];

for（inti=0;i<（len/16）;i++）

{

for（intj=0;j<16;j++）

{

b[j]=a[j+i*16];

}

plaintext:

:

KeyAdding（b,w[10]）;

for（intn=9;n>=0;n--）

{

plaintext:

:

inShiftRows（b）;

plaintext:

:

inSubBytes（b）;

plaintext:

:

KeyAdding（b,w[n]）;

if（n）plaintext:

:

inMatrixToByte（b）;

}

for（intm=0;m<16;m++）

a[m+i*16]=b[m];

}

}

boolImageCopy（constCImage&srcImage,CImage&destImage）

{

inti,j;//循环变量

if（srcImage.IsNull（））

returnFALSE;

//源图像参数

BYTE*srcPtr=（BYTE*）srcImage.GetBits（）;

intsrcBitsCount=srcImage.GetBPP（）;

intsrcWidth=srcImage.GetWidth（）;

intsrcHeight=srcImage.GetHeight（）;

intsrcPitch=srcImage.GetPitch（）;

//销毁原有图像

if（!

destImage.IsNull（））

{

destImage.Destroy（）;

}

//创建新图像

if（srcBitsCount==32）//支持alpha通道

{

destImage.Create（srcWidth,srcHeight,srcBitsCount,1）;

}

else

{

destImage.Create（srcWidth,srcHeight,srcBitsCount,0）;

}

BYTE*destPtr=（BYTE*）destImage.GetBits（）;

intdestPitch=destImage.GetPitch（）;

len=abs（srcPitch）;

for（inti=0;i

Cipher（srcPtr+i*srcPitch）;

//复制图像数据

for（i=0;i

{

memcpy（destPtr+i*destPitch,srcPtr+i*srcPitch,abs（srcPitch））;

}

returnTRUE;

}

boolinImageCopy（constCImage&srcImage,CImage&destImage）

{

inti,j;//循环变量

if（srcImage.IsNull（））

returnFALSE;

//源图像参数

BYTE*srcPtr=（BYTE*）srcImage.GetBits（）;

intsrcBitsCount=srcImage.GetBPP（）;

intsrcWidth=srcImage.GetWidth（）;

intsrcHeight=srcImage.GetHeight（）;

intsrcPitch=srcImage.GetPitch（）;

//销毁原有图像

if（!

destImage.IsNull（））

{

destImage.Destroy（）;

}

//创建新图像

if（srcBitsCount==32）//支持alpha通道

{

destImage.Create（srcWidth,srcHeight,srcBitsCount,1）;

}

else

{

destImage.Create（srcWidth,srcHeight,srcBitsCount,0）;

}

BYTE*destPtr=（BYTE*）destImage.GetBits（）;

intdestPitch=destImage.GetPitch（）;

len=abs（srcPitch）;

for（inti=0;i

inCipher（srcPtr+i*srcPitch）;

//复制图像数据

for（i=0;i

{

memcpy（destPtr+i*destPitch,srcPtr+i*srcPitch,abs（srcPitch））;

}

returnTRUE;

}

intmain（）

{

unsignedcharkey[16]={//固定密钥

0x77,0x59,0xc5,0xa4,

0x55,0x90,0xa4,0xa3,

0xb2,0xcc,0x01,0xa9,

0xcb,0xac,0x77,0x23};

plaintext:

:

KeyExpansion（key,w）;

TCHARszBuffer[MAX_PATH]={0};//使用文件选取功能

OPENFILENAMEofn={0};

ofn.lStructSize=sizeof（ofn）;

//ofn.hwndOwner=m_hWnd;

ofn.lpstrFilter=_T（""）;//要选择的文件后缀

ofn.lpstrInitialDir=_T（"D:

\\"）;//默认的文件路径

ofn.lpstrFile=szBuffer;//存放文件的缓冲区

ofn.nMaxFile=sizeof（szBuffer）/sizeof（*szBuffer）;

ofn.nFilterIndex=0;

ofn.Flags=OFN_PATHMUSTEXIST|OFN_FILEMUSTEXIST|OFN_EXPLORER;//标志如果是多选要加上OFN_ALLOWMULTISELECT

BOOLbSel=GetOpenFileName（&ofn）;

CImageimage,image2,image3;//读取图片

image.Load（szBuffer）;

ImageCopy（image,image2）;

image2.Save（"e:

/encryption.jpg"）;

inImageCopy（image2,image3）;

image3.Save（"e:

/reencryption.jpg"）;

system（"pause"）;

}

本数据记录

和计算

运行程序，出现选择图片界面

加密结束

原图片加密图片解密图片

结论

（结果）

根据结果显示，程序成功的实现了对图片的加密，得到的加密后的结果仍然为图片，并成功地的解密得到了正确的解密后的图片。

小结

通过本次试验，成功的完成了对AES密码算法的初步编写，了解了AES算法的工作原理。

对于图片加密方面，掌握了新的调用图片的方法，使用头文件atlimage.h大大简化了c++中对图片调用的难度。

同时在文件读取方面使用了头文件commdlg.h，使得程序在使用上更加方便。

指导老师评议

成绩评定：

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