基于C++的文件加密解密（密码学课程设计）

浅浅的花香味﹌ 2024-04-01 13:23 94阅读 0赞

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## 密码学课程设计 ##

程序完成课程设计所有必做与选做的要求，包含的函数如下：

*  BlockType SBox\_Encode(BlockType x) S 盒置换
 *  BlockType SBox\_Decode(BlockType x) S 盒逆变换
 *  BlockType PBox\_Encode(BlockType x) P 盒置换
 *  BlockType PBox\_Decode(BlockType x) P 盒逆变换void
 *  OutPut\_Bin(BlockType p)输出显示一个 16 位二进制数 void
 *  OutPut\_Key(KeyType key)输出显示一个密钥 void
 *  BlockEncryption(BlockType PlainText,BlockType
 *  &CipherText,KeyType Key)

分组加密函数

void ->	BlockDecryption(BlockType ->	&PlainText,BlockType 
    CipherText,KeyType Key)

分组解密函数

void Key\_Engine()生成指定密钥 void Key\_Random()随机生成密钥

int FileEncryption(char *PlainFile,char *CipherFile,KeyType Key)

文件加密

int FileDecryption(char *PlainFile,char *CipherFile,KeyType Key)

文件解密

unsigned long EncryptionTime(unsigned long Times)

加密函数的运行速度

BlockType LinearCryptanalysis(unsigned long T,BlockType Text[][2])

线性密码分析

BlockType DiffCryptanalysis(unsigned long T,BlockType Text[][4])

差分密码分析

void TestBlockEncrypt()测试分组加密与解密 void TestFileEncrypt()测试文件加密与解密 void TestEncryptionTime()测试运行速度 void TestLinearCryptanalysis()测试线性密码分析 void TestDiffCryptanalysis()测试差分密码分析 void TestLinearSucceedTimes()测试线性分析函数成功时明密文对数 void TestDiffSucceedTimes()测试差分分析函数成功时明密文对数 void Wait()暂停，按回车键继续 测试程序只需打开生成的可执行文件，按提示操作即可。运行截图如下：

![在这里插入图片描述][340cac7e21cd49bfa345a0da16dfb0ff.png]

任意输入一个小于 65536 的非负整数，即可进行 16 位数据分组加密与解密的演示。

![在这里插入图片描述][7928e23ce3164dacbbf5a0be8944f637.png]

测试文件加密与解密：请确保输入的“目录\\文件名”正确，否则会返回“文件不存在，失败”。对文件加密之后会在原目录中生成加密文件“文件名.cip”,继续则会自动进行解密，重新在原目录下生成新的原文件，建议文件加密之后将原文件移至其他地方，再进行解密操作，方能见到文件解密效果。

文件加密对任意文件格式有效。

接下去的步骤是测试平均加密时间，采用 1000 个随机密钥分别对 0—65535 的每个数进行加密，给出平均一个密钥所用的加密时间。

![在这里插入图片描述][d8bfea54003748328e89d7e93a5cdc98.png]

下面会测试线性密码分析与差分密码分析，随机产生的明密文对分别为 8000 与 100 对。此过程可能成功或失败，猜想失败可能与随机明文的产生有关。

![在这里插入图片描述][9c3a93e919404bce99c88907eabd808d.png]

最后进行密码分析成功时的明密文对数量的测试。

附带程序：

随作业附带的可执行文件FileEncryption.exe可方便地进行文件的加密与解密。示例如下：

![在这里插入图片描述][29a13a2b2ca44b46bed3e6f8992ff2a3.png]

如图，可自行输入加密所取密钥，也可使用默认密钥。只要对文件解密时所用密钥与文件加密时相同，即可还原原文件，若解密时采用密钥与加密时不同，则可能生成另一个乱码文件或产生错误。

### 效率 ###

为了提高加密与解密的效率，S 盒与 P 盒以及它们的逆变换直接采用数组存储，使用时采用查表的方式直接查询获得。

移位运算中，尽量将一个数对同一个方向的移位按照从近到远的方式进行，减少重复平移的位数。

测试平均加密时间

![在这里插入图片描述][3631648d1b614ad6b05893d8f98d14d4.png]

如上图所示，总共对 10000 个随机密钥进行了测试，得到的平均加密时间为 80ms。测试平台如下：

软件平台：操作系统 WIN7 32 位，编译器 VC6.0

硬件平台：处理器 Intel® Core™2 Duo CPU T6570 2.1GHz 内存 4GB

### 密码分析成功时的明密文对数量 ###

采用 6000—20000 对随机明密文分别进行线性密码分析，明密文对数量每增加 200 测试一次并输出结果“成功”或“失败”。

结果如下:

![在这里插入图片描述][e3ed5bedc8ef4d1abdf0996e6e7d2c8a.png]  
![在这里插入图片描述][798c5b39ef1b4c30a37ffc71937b45da.png]  
![在这里插入图片描述][140d7ce6fb3f4f77b55d0302a0b8683d.png]

采用 50—300 对随机选择明密文分别进行差分密码分析，明密文对数量每增加 10 测试一次并输出结果“成功”或“失败”。

结果如下：

![在这里插入图片描述][4bcffac0cfa54b1caefb99ba989bde70.png]

由结果可发现，对于线性密码分析与差分密码分析，随着明密文对数量的增加，分析成功的概率都会明显增大，但仍然有一定的可能出现攻击失败的情况，这也许与随机明密文对的产生有关，也可能是我在程序编制过程中没有意识到的错误。

在明密文对取到一定大的值时，线性分析为 7200，差分分析为180，可近似认为密码分析一定会成功，因为出现失败的概率已经很小。

的可能出现攻击失败的情况，这也许与随机明密文对的产生有关，也可能是我在程序编制过程中没有意识到的错误。

在明密文对取到一定大的值时，线性分析为 7200，差分分析为180，可近似认为密码分析一定会成功，因为出现失败的概率已经很小。  
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