密碼學(xué)課程設(shè)計(jì)

1、一、設(shè)計(jì)題目 隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器應(yīng)用系統(tǒng)二、課題要求系統(tǒng)功能要求：1）模擬線性移位寄存器、線性同余發(fā)生器等產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)，并比較算法性能以及偽隨機(jī)數(shù)的隨機(jī)性；2）利用該模擬隨機(jī)數(shù)，應(yīng)用到口令認(rèn)證系統(tǒng)中，完成口令的生產(chǎn)、口令的加密保護(hù)、登陸驗(yàn)證等功能；3）利用該模擬隨機(jī)數(shù)，應(yīng)用到密鑰生成系統(tǒng)中，可以利用該密鑰完成對(duì)稱密鑰的加密和解密功能。3、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和模塊設(shè)計(jì)1. 總體設(shè)計(jì)思路利用線性同余發(fā)生器(LCG)和線性反饋移位寄存器（LFSR)生成偽隨機(jī)數(shù)M序列，并通過(guò)口令認(rèn)證系統(tǒng)完成口令生成加密工作，同時(shí)完成對(duì)隨機(jī)數(shù)的加密和解密功能。2. 模塊設(shè)計(jì)思路2.1原理通過(guò)一定的算法對(duì)事先選定的隨機(jī)種子(seed)

2、做一定的運(yùn)算可以得到一組人工生成的周期序列，在這組序列中以相同的概率選取其中一個(gè)數(shù)字，該數(shù)字稱作偽隨機(jī)數(shù)，由于所選數(shù)字并不具有完全的隨機(jī)性，但是從實(shí)用的角度而言，其隨機(jī)程度已足夠了。這里的“偽”的含義是，由于該隨機(jī)數(shù)是按照一定算法模擬產(chǎn)生的，其結(jié)果是確定的，是可見的，因此并不是真正的隨機(jī)數(shù)。偽隨機(jī)數(shù)的選擇是從隨機(jī)種子開始的，所以為了保證每次得到的偽隨機(jī)數(shù)都足夠地“隨機(jī)”，隨機(jī)種子的選擇就顯得非常重要，如果隨機(jī)種子一樣，那么同一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)也會(huì)一樣。2.2線性同余算法生成隨機(jī)數(shù)到目前為止，使用最為廣泛的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生技術(shù)是由Lehmer首先提出的稱為線性同余算法，即使用下面的線性遞推關(guān)

3、系產(chǎn)生一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)列x1，x2，x3，這個(gè)算法有四個(gè)參數(shù)，分別是：a 乘數(shù) 0 a < mc 增量 0 c< mm 模數(shù) m > 0 x0 < m x0 初始種子（秘密） 0偽隨機(jī)數(shù)序列 xn通過(guò)下列迭代方程得到：xn+1=(axn+c)modm如果m、a、c和x0都是整數(shù)，那么通過(guò)這個(gè)迭代方程將產(chǎn)生一系列的整數(shù)，其中每個(gè)數(shù)都在0 xn < m的范圍內(nèi)。數(shù)值m、a和c的選擇對(duì)于建立一個(gè)好的偽隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器十分關(guān)鍵。為了形成一個(gè)很長(zhǎng)的偽隨機(jī)數(shù)序列，需要將m設(shè)置為一個(gè)很大的數(shù)。一個(gè)常用準(zhǔn)則是將m選為幾乎等于一個(gè)給定計(jì)算機(jī)所能表示的最大非負(fù)整數(shù)。因而，在一個(gè)32位計(jì)算機(jī)上

4、，通常選擇的m值是一個(gè)接近或等于231的整數(shù)。此外，為了使得隨機(jī)數(shù)列不易被重現(xiàn)， 可以使用當(dāng)前時(shí)間的毫秒數(shù)作為初始種子的位置。2.2 線性反饋移位寄存器生成隨機(jī)數(shù) LFSR是指 給定前一狀態(tài)的輸出，將該輸出的線性函數(shù)再用作輸入的線性寄存器。異或運(yùn)算是最常見的單比特線性函數(shù)：對(duì)寄存器的某些位進(jìn)行異或操作后作為輸入，再對(duì)寄存器中的各比特進(jìn)行整體移位。賦給寄存器的初始值叫做“種子”，因?yàn)榫€性反饋移位寄存器的運(yùn)算是確定性的，所以，由寄存器所生成的數(shù)據(jù)流完全決定于寄存器當(dāng)時(shí)或者之前的狀態(tài)。而且，由于寄存器的狀態(tài)是有限的，它最終肯定會(huì)是一個(gè)重復(fù)的循環(huán)。然而，通過(guò)本原多項(xiàng)式，線性反饋移位寄存器可以生成看起來(lái)

5、是隨機(jī)的且循環(huán)周期非常長(zhǎng)的序列。線性反饋移位寄存器(LFSR),它是由n個(gè)D觸發(fā)器和若干個(gè)異或門組成的，如下圖：其中，gn為反饋系數(shù)，取值只能為0或1，取為0時(shí)表明不存在該反饋之路，取為1時(shí)表明存在該反饋之路；n個(gè)D觸發(fā)器最多可以提供2n-1個(gè)狀態(tài)(不包括全0的狀態(tài))，為了保證這些狀態(tài)沒有重復(fù)，gn的選擇必須滿足一定的條件。下面以n=3，g0=1，g1=1,g2=0,g3=1為例，說(shuō)明LFSR的特性，具有該參數(shù)的LFSR結(jié)構(gòu)如下圖：假設(shè)在開始時(shí)，D2D1D0=111(seed)，那么，當(dāng)時(shí)鐘到來(lái)時(shí)，有：D2=D1_OUT=1；D1=D0_OUTD2_OUT=0；D0=D2_OUT=1；即D2D

6、1D0=101；同理，又一個(gè)時(shí)鐘到來(lái)時(shí)，可得D2D1D0=001. seed,就是隨機(jī)數(shù)的種子，在系統(tǒng)運(yùn)行的到某某時(shí)刻的時(shí)候，如果接到產(chǎn)生隨機(jī)序列的命令，則獲取當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)刻作為seed，這里具有一定的隨機(jī)性。功能流圖： 開始 隨機(jī)數(shù)生成 線性移位線性同余 口令認(rèn)證系統(tǒng) 密鑰生成系統(tǒng) 結(jié)束4、 安全性分析 基本滿足預(yù)期的要求，能夠保證安全需要，由于是利用隨機(jī)數(shù)的方式進(jìn)行加密和解密，而且算法本身的安全性也很高，所以有一定的實(shí)用性和穩(wěn)定性，基本保障不會(huì)被破譯。5、 總結(jié)展望 目前感覺隨機(jī)數(shù)的生成是比較好的部分，滿足課程設(shè)計(jì)本身的鍛煉目的，采用時(shí)間作為seed，兩種方法都能產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)，不足之處在于

7、，時(shí)間間隔小，產(chǎn)生的第一個(gè)隨機(jī)數(shù)很相近，口令認(rèn)證和隨機(jī)數(shù)的加密解密工作可以更加完善，部分功能還不是太滿美，時(shí)間更多些可以調(diào)試到更好。附錄：實(shí)驗(yàn)代碼：（完整的源程序）1線性同余import java.util.Calendar;import java.util.Scanner;public class Mainstatic double seed;static int rez;static int m;public static void main(String args) long enterTime=System.currentTimeMillis();/System.out.println

8、("請(qǐng)輸入種子：");/Scanner get_seed=new Scanner(System.in);/seed=get_seed.nextInt();Calendar c=Calendar.getInstance();int hour=c.get(Calendar.HOUR_OF_DAY); int minute=c.get(Calendar.MINUTE); int second=c.get(Calendar.SECOND);String s=""+hour+minute+second;/System.out.println(s);seed=Int

9、eger.parseInt(s);/System.out.println(seed);/seed=hour+minute+second;m= (int) Math.pow(2, 31)-1;/System.out.println(m);for(int i=0;i<10;i+)rez=(int) (seed*16807)%m);System.out.print(rez+" ");seed=rez;System.out.println();long leaveTime=System.currentTimeMillis();double ju=leaveTime-enter

10、Time;System.out.println(ju/1000);2 線性反饋移位import java.util.Calendar;public class Mainstatic int seed;static int a;static int ji=31;public static void main(String args) long enterTime=System.currentTimeMillis();/System.out.println("請(qǐng)輸入種子：");/Scanner get_seed=new Scanner(System.in);/seed=get_

11、seed.nextInt();Calendar c=Calendar.getInstance();int hour=c.get(Calendar.HOUR_OF_DAY); int minute=c.get(Calendar.MINUTE); int second=c.get(Calendar.SECOND);String s=""+hour+minute+second;/System.out.println(s);seed=Integer.parseInt(s);/seed=2;/System.out.println(seed);/seed=hour+minute+sec

12、ond;a=new intji;/m= (int) Math.pow(2, 16);for(int i=0;i<10;i+)a=stoe(seed);/int m=etos(a);/System.out.println();int m=(a28+a0)%2;for(int j=1;j<ji;j+)aj-1=aj;aji-1=m;/for(int ij=ji-1;ij>=0;ij-)/System.out.println(aij);seed=etos(a);System.out.print(seed+" ");System.out.println();lon

13、g leaveTime=System.currentTimeMillis();double ju=leaveTime-enterTime;System.out.println(ju/1000);public static int stoe(int x)int b;int m;b=new intji;for(m=0;x!=0;m+)bm=x%2;/System.out.println(bm);x=x/2;/System.out.println(m);for(;m<ji;m+)bm=0;/for(int i=0;i<ji;i+)/System.out.println(bji-1-i);

14、return b;public static int etos(int b)int m=0;for(int i=0;i<ji;i+)m+=bi*Math.pow(2, i);return m;3 口令認(rèn)證系統(tǒng)import java.util.Calendar;public class Mainstatic int seed;static int a;static int ji=31;public static void main(String args) long enterTime=System.currentTimeMillis();/System.out.println("

15、;請(qǐng)輸入種子：");/Scanner get_seed=new Scanner(System.in);/seed=get_seed.nextInt();Calendar c=Calendar.getInstance();int hour=c.get(Calendar.HOUR_OF_DAY); int minute=c.get(Calendar.MINUTE); int second=c.get(Calendar.SECOND);String s=""+hour+minute+second;/System.out.println(s);seed=Integer.p

16、arseInt(s);/seed=2;/System.out.println(seed);/seed=hour+minute+second;a=new intji;/m= (int) Math.pow(2, 16);for(int i=0;i<10;i+)a=stoe(seed);/int m=etos(a);/System.out.println();int m=(a28+a0)%2;for(int j=1;j<ji;j+)aj-1=aj;aji-1=m;/for(int ij=ji-1;ij>=0;ij-)/System.out.println(aij);seed=eto

17、s(a);System.out.print(seed+" ");System.out.println();long leaveTime=System.currentTimeMillis();double ju=leaveTime-enterTime;System.out.println(ju/1000);public static int stoe(int x)int b;int m;b=new intji;for(m=0;x!=0;m+)bm=x%2;/System.out.println(bm);x=x/2;/System.out.println(m);for(;m&l

18、t;ji;m+)bm=0;/for(int i=0;i<ji;i+)/System.out.println(bji-1-i);return b;public static int etos(int b)int m=0;for(int i=0;i<ji;i+)m+=bi*Math.pow(2, i);return m;public class Encrprivate char s=new char256;private char r=new char256;private char cd;private static String get;private static char ke

19、y;public String getget()return get;public void encr(String a,String k)get=""key=new chark.length();key=k.toCharArray();chushihuas(key);int ij=0,ji=0;char temp;cd=new chara.length();cd=a.toCharArray();for(int i=0;i<a.length();i+)ij=(ij+1)%256;ji=(ji+sij)%256;temp=sij;sij=sji;sji=temp;int

20、 n=(sij+sji)%256;cdi=sn;for(int i=0;i<a.length();i+)get+=cdi;System.out.println(get);public void chushihuas(char k)int ij=0;char temp;for(int i=0;i<256;i+)si=(char) i;ri=ki%k.length;for(int i=0;i<256;i+)ij=(ij+si+ri)%256;temp=si;si=sij;sij=temp;import java.awt.event.ActionEvent;import java.

21、awt.event.ActionListener;import javax.swing.JTextField;public class Listen1 implements ActionListenerstatic JTextField text2,text3;static String key1;/用戶輸入密鑰static String key2="12345a"/共享密鑰static String get1=""static String get2=""static Listen2 l2;public void setl2(Lis

22、ten2 t)l2=t;public void settext2(JTextField t) text2=t; public void settext3(JTextField t) text3=t; public void actionPerformed(ActionEvent e)if(l2.getrdom()=-1)text3.setText("請(qǐng)先“請(qǐng)求認(rèn)證”！");return;/System.out.println(text2.getText();if(text2.getText().length()=0)/System.out.println(l2.getrdo

23、m();/System.out.println("1");text3.setText("還沒有輸入密碼！");return;/*if(text2.getText().length()!=6)/System.out.println(l2.getrdom();text3.setText("密碼只能為6位！");return;if(tell(text2.getText()=0)/System.out.println(l2.getrdom();text3.setText("密碼只能為數(shù)字！");return;*/key1=

24、Integer.parseInt(text2.getText();key1=text2.getText();System.out.println("key1+l2.getrdom "+key1+"/"+l2.getrdom()+"");Encr en1=new Encr();String s1=""+l2.getrdom();en1.encr(s1, key1);get1=en1.getget();System.out.println(key1+"/"+s1);Encr en2=new Encr

25、();en2.encr(s1, key2);System.out.println(key1+"/"+s1);get2=en2.getget();/System.out.println(""+get1+"");/System.out.println(""+get2+"");if(1=comp(get1,get2)text3.setText("認(rèn)證成功！");return;else text3.setText("密碼錯(cuò)誤，認(rèn)證失??！");return;/*st

26、atic public int tell(String s)char a=s.toCharArray();for(int i=0;i<s.length();i+)if(ai!='1')&(ai!='2')&(ai!='3')&(ai!='4')&(ai!='5')&(ai!='6')&(ai!='7')&(ai!='8')&(ai!='9')&(ai!='0'

27、)return 0;return 1; */static public int comp(String a,String b)char sa=a.toCharArray();char sb=b.toCharArray();if(sa.length!=sb.length)return 0;for(int i=0;i<sa.length;i+)if(sai!=sbi)return 0;return 1;import java.awt.event.ActionEvent;import java.awt.event.ActionListener;import javax.swing.JTextF

28、ield;public class Listen2 implements ActionListenerJTextField text3;static int rdom=-1;public int getrdom() return rdom;public void settext3(JTextField t) text3=t; public void actionPerformed(ActionEvent e)Rdom ab=new Rdom();rdom=ab.get_rdom();System.out.println(rdom);text3.setText("準(zhǔn)備認(rèn)證，請(qǐng)按要求輸入

29、密碼！");import java.util.Calendar;public class Rdomstatic double seed;static int rez;static int m;public Rdom()public int get_rdom() Calendar c=Calendar.getInstance();int hour=c.get(Calendar.HOUR_OF_DAY); int minute=c.get(Calendar.MINUTE); int second=c.get(Calendar.SECOND);String s=""+h

30、our+minute+second;seed=Integer.parseInt(s);m= (int) Math.pow(2, 31)-1;rez=(int) (seed*16807)%m);return rez;4加密解密系統(tǒng)public class Encrprivate char s=new char256;private char r=new char256;private char cd;private static String get;private static String get2;private static char key;public String getget()

31、return get;public String getget2()return get2;public void encr(String a,String k)get=""key=new chark.length();key=k.toCharArray();chushihuas(key);int ij=0,ji=0;char temp;cd=new chara.length();cd=a.toCharArray();for(int i=0;i<a.length();i+)ij=(ij+1)%256;ji=(ji+sij)%256;temp=sij;sij=sji;s

32、ji=temp;int n=(sij+sji)%256;cdi=sn;for(int i=0;i<a.length();i+)get+=cdi;/System.out.println(get);public void denc(String a,String k)get2=""key=new chark.length();key=k.toCharArray();chushihuas(key);int ij=0,ji=0;char temp;cd=new chara.length();cd=a.toCharArray();for(int i=0;i<a.lengt

33、h();i+)ij=(ij+1)%256;ji=(ji+sij)%256;temp=sij;sij=sji;sji=temp;int n=(sij+sji)%256;cdi=sn;for(int i=0;i<a.length();i+)get2+=cdi;public void chushihuas(char k)int ij=0;char temp;for(int i=0;i<256;i+)si=(char) i;ri=ki%k.length;for(int i=0;i<256;i+)ij=(ij+si+ri)%256;temp=si;si=sij;sij=temp;imp

34、ort java.awt.event.ActionEvent;import java.awt.event.ActionListener;import java.io.BufferedReader;import java.io.BufferedWriter;import java.io.File;import java.io.FileNotFoundException;import java.io.FileReader;import java.io.FileWriter;import java.io.IOException;import javax.swing.JTextField;public

35、 class Listen1 implements ActionListenerstatic JTextField text2,text3;static String key1=""/用戶輸入密鑰static String get1=""static String addr=""static Listen2 l2;public void setl2(Listen2 t)l2=t;public void settext2(JTextField t) text2=t; public void settext3(JTextField t)

36、text3=t; public void actionPerformed(ActionEvent e)if(l2.getrdom()=-1)text3.setText("請(qǐng)先“生成密鑰”！");return;/System.out.println(text2.getText();if(text2.getText().length()=0)/System.out.println(l2.getrdom();/System.out.println("1");text3.setText("還沒有輸入地址！");return;/*if(text

37、2.getText().length()!=6)/System.out.println(l2.getrdom();text3.setText("密碼只能為6位！");return;if(tell(text2.getText()=0)/System.out.println(l2.getrdom();text3.setText("密碼只能為數(shù)字！");return;*/key1=Integer.parseInt(text2.getText();addr=text2.getText();/System.out.println("key1+l2.get

38、rdom "+adde+"/"+l2.getrdom()+"");Encr en1=new Encr();String s1=get_mifile(addr);key1=get_keyfile("E:Desktopkey.txt");if(s1=""|key1="") return;en1.encr(s1, key1);get1=en1.getget();write(get1);text3.setText("加密成功！");public String get_key

39、file(String s)String m=null;tryFile f=new File(s);SuppressWarnings("resource")BufferedReader in=new BufferedReader(new FileReader(f);try m=in.readLine(); catch (IOException e) / TODO 自動(dòng)生成的 catch 塊e.printStackTrace();catch(FileNotFoundException x)text3.setText("密鑰文件丟失！");return &q

40、uot;"/x.printStackTrace();/System.out.println(m);return m;public String get_mifile(String s)String m=null;tryFile f=new File(s);SuppressWarnings("resource")BufferedReader in=new BufferedReader(new FileReader(f);try m=in.readLine(); catch (IOException e) / TODO 自動(dòng)生成的 catch 塊e.printStackTrace();catch(FileNotFoundException x)text3.setText("沒有這個(gè)文件！");return ""/x.printStackTrace();/System.out.println(m);return m;pu