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。三、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 原理通過一定的算法對(duì)事先選定的隨機(jī)種子（se

2、ed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

3、先提出的稱為線 性同余算法，即使用下面的線性遞推關(guān)系產(chǎn)生一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)列xl, 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 w c 0w x0 m x0 初始種子(秘密) 0偽隨機(jī)數(shù)序列 xn 通過下列迭代方程得到：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 w xn m的范圍內(nèi)。數(shù)值 ma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) 3

4、2位計(jì)算機(jī)上，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，通過本原

5、多項(xiàng)式，線性反饋移位 寄存器可以生成看起來是隨機(jī)的且循環(huán)周期非常長的序列。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2M-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)鐘到來時(shí)，有:D2=D1_0UT=1D仁DO_OUT

6、P2_OUT=0DO=D2_OUT；即D2D1D0=10;1同理，又一個(gè)時(shí)鐘到來時(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)生成線性同余線性移位口令認(rèn)證系統(tǒng)密鑰生成系統(tǒng)四、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， 本保障不會(huì)被破譯。五、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

7、法都能產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)，不足之處在于，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()

8、; /System.out.println( 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=

9、Integer.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;i10;i+) rez=(int) (seed*16807)%m); System.out.print(rez+ ); seed=rez;System.out.println();long leaveTime=System.currentTimeMillis(); double ju=leaveTime-enterTime;

10、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_seed.nextInt

11、();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+second;a=new intji;/m= (

12、int) Math.pow(2, 16);for(int i=0;i10;i+)a=stoe(seed);/int m=etos(a);/System.out.println();int m=(a28+a0)%2;for(int j=1;j=0;ij-)/System.out.println(aij); seed=etos(a); System.out.print(seed+ );System.out.println();long leaveTime=System.currentTimeMillis(); double ju=leaveTime-enterTime; System.out.pr

13、intln(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(;mji;m+)bm=0;/for(int i=0;iji;i+)/System.out.println(bji-1-i);return b;public static int etos(int b)int m=0;for(int i=0;iji;i+)m+=bi*Math.pow(2, i);re

14、turn 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( 請(qǐng)輸入種子： ); /Scanner get_seed=new Scanner(System.in); /seed=get_seed.nextInt();Calendar c=Calenda

15、r.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+second;a=new intji;/m= (int) Math.pow(2, 16)

16、;for(int i=0;i10;i+)a=stoe(seed);/int m=etos(a);/System.out.println();int m=(a28+a0)%2;for(int j=1;j=0;ij-)/System.out.println(aij); seed=etos(a);System.out.print(seed+ );System.out.println();long leaveTime=System.currentTimeMillis(); double ju=leaveTime-enterTime;System.out.println(ju/1000);public

17、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(;mji;m+)bm=0;/for(int i=0;iji;i+)/System.out.println(bji-1-i);return b;public static int etos(int b)int m=0;for(int i=0;iji;i+) m+=bi*Math.pow(2, i);return m;public class En

18、crprivate char s=new char256;private char r=new char256;private char cd;private static String get;private static char key; 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.leng

19、th();cd=a.toCharArray();for(int i=0;ia.length();i+) ij=(ij+1)%256; ji=(ji+sij)%256; temp=sij;sij=sji; sji=temp;int n=(sij+sji)%256;cd=s n;for(int i=0;ia.length();i+) get+=cdi;System.out.println(get);public void chushihuas(char k)int ij=0;char temp;for(int i=0;i256;i+) si=(char) i; ri=ki%k.length;for

20、(int i=0;i256;i+) ij=(ij+si+ri)%256; temp=si; si=sij; sij=temp;import java.awt.event.ActionEvent;import java.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s

21、tatic String get1=;static String get2=;static Listen2 l2;public void setl2(Listen2 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

22、.getText();if(text2.getText().length()=0) /System.out.println(l2.getrdom(); /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()；tex

23、t3.setText(密碼只能為數(shù)字！”)；return；*/key1=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()； en2.encr(s1, key

24、2)； 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；elsetext3.setText(密碼錯(cuò)誤，認(rèn)證失敗！”)；return；/*static public int tell(String s)char a=s.toCharArray()； for(int i=0；is.length()；i+)if(ai!=1)&(ai!=2)&

25、(ai!=3)&(ai!=4)&(ai!=5)&(ai!=6)&(ai!=7)&(ai!=8) &(ai!=9)&(ai!=0)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;isa.length;i+) if(sai!=sbi)return 0;return 1;import java.awt.event.ActionEvent;

26、import java.awt.event.ActionListener;import javax.swing.JTextField;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_

27、rdom(); System.out.println(rdom);text3.setText( 準(zhǔn)備認(rèn)證，請(qǐng)按要求輸入密碼！ );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); i

28、nt second=c.get(Calendar.SECOND); String s=+hour+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 Strin

29、g get2; private static char key;public String getget()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;ia.length();i+)

30、 ij=(ij+1)%256; ji=(ji+sij)%256; temp=sij; sij=sji; sji=temp;int n=(sij+sji)%256; cd=s n;for(int i=0;ia.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();

31、 cd=a.toCharArray();for(int i=0;ia.length();i+) ij=(ij+1)%256; ji=(ji+sij)%256; temp=sij;sij=sji; sji=temp;int n=(sij+sji)%256; cd=s n;for(int i=0;ia.length();i+)get2+=cdi;public void chushihuas(char k)int ij=0;char temp;for(int i=0;i256;i+)si=(char) i; ri=ki%k.length;for(int i=0;i256;i+) ij=(ij+si+

32、ri)%256;temp=si; si=sij;sij=temp;import 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;

33、import javax.swing.JTextField;public class Listen1 implements ActionListener static 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(JTextFie

34、ld t) 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(text2.getText().lengt

35、h()!=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.getrdom +adde+/+l2.getrdom()+)； Enc

36、r 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_keyfile(String s)String m=null；tryFile f=new File(s);SuppressWarnings(resource)BufferedReader in=new Buffe

37、redReader(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 ;/x.printStackTrace();/System.out.println(m);return m;public String get_mifile(String s)String m=null;tryFile f=new File(s);

38、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;public void write(String