基于現(xiàn)代密碼學(xué)的加密算法驗(yàn)證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李曉琦 王峰

摘要：針對(duì)現(xiàn)代密碼學(xué)課程中理論與實(shí)踐存在的差距，特意設(shè)計(jì)并開發(fā)了此款加密算法驗(yàn)證系統(tǒng)。本系統(tǒng)以AES、RSA、RC4、IDEA等幾個(gè)經(jīng)典的加密算法為例，采用JAVA技術(shù)體系與SWING界面元素開發(fā)，保證跨平臺(tái)性與良好的用戶體驗(yàn)，通俗易懂地展示了現(xiàn)代密碼學(xué)理論魅力。本系統(tǒng)各個(gè)版塊保持相對(duì)獨(dú)立，每個(gè)版塊側(cè)重特定加密算法，提供一個(gè)以算法為基本模塊的流程驗(yàn)證系統(tǒng)。實(shí)踐證明，使用此系統(tǒng)有利于學(xué)生深刻剖析算法原理過程，從而加深理論理解。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代密碼學(xué)；AES；RSA；RC4；IDEA；驗(yàn)證系統(tǒng)；EAVS

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2013） 03-0000-02

1 引言

現(xiàn)代密碼學(xué)理論是安全類本科專業(yè)極其重要的一門專業(yè)課，但由于密碼理論本身的抽象性特點(diǎn)，導(dǎo)致教學(xué)過程中易出現(xiàn)理論與實(shí)踐脫節(jié)，理論概念模棱兩可的情況。目前各個(gè)高校信息安全教學(xué)主要分為兩個(gè)方向：一個(gè)是數(shù)學(xué)系的信息安全，主要研究密碼學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，偏重理論；二是計(jì)算機(jī)系的信息安全，主要研究安全編程技術(shù)，偏重實(shí)踐。隨著研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)兩者沒有一個(gè)很好的平臺(tái)聯(lián)系起來，導(dǎo)致學(xué)生知識(shí)掌握不全面，不能適應(yīng)工作和深層次科研的需求。

2 密碼算法的選擇

為了深入結(jié)合本科教學(xué)培養(yǎng)方案，特選取幾個(gè)經(jīng)典的加密算法：AES、RSA、RC4、IDEA。

2.1 AES算法

高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，又稱高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)Rijndael加密法，屬于經(jīng)典的現(xiàn)代加密算法，是美國聯(lián)邦政府采用的一種區(qū)塊加密標(biāo)準(zhǔn)。由于此算法為對(duì)稱加密算法，故通常用來加解密，用來替代原先的DES，已經(jīng)被廣泛使用。

AES很好地融合了混淆與擴(kuò)散，因?yàn)樾畔⒌膬?nèi)容是以128位長度的分組為加密單元的。加密密鑰長度有128，192或256位等多種選擇。

AES算法加密過程：密鑰擴(kuò)展→初始輪→重復(fù)輪→最終輪

2.2 RSA算法

1977年Rivest，Shamir和Adleman提出了RSA公鑰算法，它是應(yīng)用最廣泛的公鑰密碼系統(tǒng)。不僅可以用于信息的加解密，還可用于數(shù)字簽名。該算法為非對(duì)稱加密算法，其理論基礎(chǔ)是大整數(shù)因數(shù)分解問題。

c.計(jì)算整數(shù)

d.將整數(shù)c轉(zhuǎn)換成密文信息

e.將密文信息發(fā)送給A

2.3 RC4算法

RC4是Ron Rivest在1987年為RSA數(shù)據(jù)安全公司開發(fā)的可變密鑰長度的序列密碼，廣泛應(yīng)用于商業(yè)密碼產(chǎn)品中。RC4是一種序列密碼，面向字節(jié)流。用從1到256個(gè)字節(jié)（8到2048位）的可變長度密鑰初始化一個(gè)256個(gè)字節(jié)的狀態(tài)矢量S，S的元素記為S[0]，S[1]，…，S[255]，從始至終置換后的S包含從0到255的所有8比特?cái)?shù)。

2.4 IDEA算法

IDEA是80年代提出的“過渡性”的“post DES”算法，它在1990年正式公布并在以后得到增強(qiáng)，是一種對(duì)稱密碼算法。這種算法是在DES算法的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，類似于三重DES，和DES一樣IDEA也是屬于對(duì)稱密鑰算法。IDEA的密鑰為128位，這么長的密鑰在今后若干年內(nèi)應(yīng)該是安全的。不過IDEA中有大量弱密鑰，并且難以直接擴(kuò)展到128位塊。

3 EAVS的體系結(jié)構(gòu)

3.1 EAVS的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

5 系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例

6 總結(jié)

6.1 本文在對(duì)現(xiàn)代密碼學(xué)基礎(chǔ)算法理論深入研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)目前課題教學(xué)中理論與實(shí)踐、抽象與具體中存在的不足，詳細(xì)論述了一種溝通理論與實(shí)踐的經(jīng)典密碼算法驗(yàn)證系統(tǒng)。

6.2 基于C/S的整體系統(tǒng)，可視化的UI使得系統(tǒng)具有良好的交互性。用戶通過客戶端圖像化操作，可以細(xì)致了解密碼算法的加密解密流程，并將中間結(jié)果反饋給用戶，加深對(duì)理論知識(shí)的全面理解。

6.3 本系統(tǒng)目前只實(shí)現(xiàn)了一些經(jīng)典算法，實(shí)際應(yīng)用于整體課堂教學(xué)仍存在不足，下一步須要豐富算法模塊，使其形成密碼學(xué)整體實(shí)踐驗(yàn)證體系。

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