AES加密算法实验报告.docx
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AES加密算法实验报告.docx
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AES加密算法实验报告
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
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++
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
#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:
};
#include""
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()
{
}
#include
#include<>
#include<>//使用文件选取功能
#include""
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())
returnFALSE;
//源图像参数
BYTE*srcPtr=(BYTE*)();
intsrcBitsCount=();
intsrcWidth=();
intsrcHeight=();
intsrcPitch=();
//销毁原有图像
if(!
())
{
();
}
//创建新图像
if(srcBitsCount==32)//支持alpha通道
{
(srcWidth,srcHeight,srcBitsCount,1);
}
else
{
(srcWidth,srcHeight,srcBitsCount,0);
}
BYTE*destPtr=(BYTE*)();
intdestPitch=();
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()) returnFALSE; //源图像参数 BYTE*srcPtr=(BYTE*)(); intsrcBitsCount=(); intsrcWidth=(); intsrcHeight=(); intsrcPitch=(); //销毁原有图像 if(! ()) { (); } //创建新图像 if(srcBitsCount==32)//支持alpha通道 { (srcWidth,srcHeight,srcBitsCount,1); } else { (srcWidth,srcHeight,srcBitsCount,0); } BYTE*destPtr=(BYTE*)(); intdestPitch=(); 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}; =sizeof(ofn); //=m_hWnd; =_T("");//要选择的文件后缀 =_T("D: \\");//默认的文件路径 =szBuffer;//存放文件的缓冲区 =sizeof(szBuffer)/sizeof(*szBuffer); =0; =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 (szBuffer); ImageCopy(image,image2); ("e: /"); inImageCopy(image2,image3); ("e: /"); 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,使得程序在使用上更加方便。 指导老师评议 成绩评定: 指导教师签名:
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- AES 加密算法 实验 报告
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