# Crypto-Practicum

**Repository Path**: stay-gitee/Crypto-Practicum

## Basic Information

- **Project Name**: Crypto-Practicum
- **Description**: 同济大学现代密码学课程设计，包含AES算法，CBC模式，RSA加密解密，RSA签名，基于RSA的证书以及基于RSA和AES算法的文件加密系统。
- **Primary Language**: C++
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: main
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 5
- **Forks**: 1
- **Created**: 2022-09-06
- **Last Updated**: 2024-04-20

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 现代密码学课程设计

---

[TOC]

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## 1. AES算法实现

1. 算法中的变量：
   * state是算法中执行操作的二维数组。该数组有四行，Nb列

   * Key是一个16bytes的字符串。最初的密钥是128位的种子密钥，由种子密钥生成共Nr+1轮子密钥，每一轮子密钥也是16bytes，用于和state中的每个分量进行异或运算。

2. 程序结构：
   | 文件名      | 功能                  |
   | -------- | ------------------- |
   | F256.h   | 声明域$F_{2^8}$ 接口的头文件 |
   | AES.h    | 声明AES操作接口的头文件       |
   | const.h  | 声明全局常数的头文件          |
   | F256.cpp | 实现域$F_{2^8}$ 上的相关操作 |
   | AES.cpp  | 实现AES加密的各项步骤        |
   | main.cpp | 测试主程序               |

3. 运行效果

   ![menu_aes](images/menu_aes.png)

4. 测试数据

   > message: 32 43 f6 a8 88 5a 30 8d 31 31 98 a2 e0 37 07 34
   >
   > cipher key: 2b 7e 15 16 28 ae d2 a6 ab f7 15 88 09 cf 4f 3c

   使用AES test进行测试，将message和cipher key分别写入文件 `fm.txt`  和 `fk.txt`  最终将加密结果输出到文件 `code_ch.txt`   和`code_hex.txt` 中

   可以和`AES标准fips-197[1].PDF.pdf` 中测试数据进行对比。

## 2. CBC模式实现

在AES代码上添加功能即可

1. 程序结构
   | 文件名      | 功能                  |
   | -------- | ------------------- |
   | F256.h   | 声明域$F_{2^8}$ 接口的头文件 |
   | AES.h    | 声明AES操作接口的头文件       |
   | const.h  | 声明全局常数的头文件          |
   | CBC.h    | CBC模式加解密的接口         |
   | F256.cpp | 实现域$F_{2^8}$ 上的相关操作 |
   | AES.cpp  | 实现AES加密的各项步骤        |
   | CBC.cpp  | 实现CBC加解密的操作         |
   | main.cpp | 测试主程序               |

2. 运行效果

   ![menu_aes](images/menu_aes.png)
   其中后面四项功能是对ascii文件进行加密解密的

## 3. SHA-1算法

1. 涉及到的数据结构：  `string`,`stl::bitset`,`stl::vector`
2. 程序结构
   | 文件名      | 功能                   |
   | -------- | -------------------- |
   | SHA.h    | 声明SHA算法的接口           |
   | util.h   | 声明通用的库和数据结构，以及调试的宏定义 |
   | SHA.cpp  | 定义SHA算法相关操作          |
   | main.cpp | 测试主程序                |

3. 运行效果

   ![menu_sha](images/menu_sha1.png)
   当两个路径输入分别为`m`和`mac` 时，相当于输入默认路径，默认路径可以再代码中修改。

4. 测试数据

   可以用ppt上的测试数据，也可以用自己构造的数据，然后和在线编码网站的结果比对[在线加密解密 (oschina.net)](https://tool.oschina.net/encrypt?type=2)

5. 一些细节

   由于存储$2^{64}-1$ 长度的比特串不现实，因此我采用的是分组读取。但是分组读取需要考虑串的长度$l$ ，并讨论。

   * 如果$l=512$ ，那直接得到他的二进制串即可

   * 如果$l\lt 447$ ，那么直接生成一组512的$M_i$

   * 如果$447\leq l\lt512$ ，则需要生成两组

   除此以外，分组读取的时候要累加每一组的长度，最后连接的长度二进制串不是本次读取的长度，而是总长度！

## 4. RSA加密解密

1. NTL库
   * 官方文档：<https://libntl.org/doc/tour-ex1.html>
   * NTL/ZZ库使用：<https://github.com/libntl/ntl/blob/main/doc/ZZ.txt>
   * 配置说明：<https://blog.csdn.net/zfy1996/article/details/106701765?spm=1001.2101.3001.6650.12&utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7EBlogCommendFromBaidu%7ERate-12-106701765-blog-117782324.pc_relevant_antiscanv3&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7EBlogCommendFromBaidu%7ERate-12-106701765-blog-117782324.pc_relevant_antiscanv3&utm_relevant_index=15>

2. 程序结构
   | 文件名      | 功能                   |
   | -------- | -------------------- |
   | RSA.h    | RSA加密解密的接口           |
   | RSA.cpp  | RSA加密解密算法的实现        |
   | main.cpp | 测试主程序                |

3. 运行效果

   显示的是生成的密钥和公钥

   ![RSA](images/RSA.png)

## 5. RSA签名

1. 类封装

   将RSA加密解密中的程序封装为一个类

   ![rsah](images/rsah.png)

2. 文件结构
   | 文件名      | 功能                   |
   | -------- | -------------------- |
   | RSA.h    | RSA密码体制类的声明           |
   | RSA.cpp  | RSA密码体制类的实现        |
   |RsaSig.h|RSA签名算法类的声明|
   |RsaSig.cpp|RSA签名算法类的实现|
   | main.cpp | 测试主程序                |

## 6. 数字证书

1. 文件结构
   | 文件名 | 功能 |
   | ------| -----|
   | RSA.h    | RSA密码体制类的声明           |
   | RSA.cpp  | RSA密码体制类的实现        |
   |RsaSig.h|RSA签名算法类的声明|
   |RsaSig.cpp|RSA签名算法类的实现|
   | Certificate.h | 证书相关类的声明 |
   | Certificate.cpp | 证书的具体实现 |
   | main.cpp | RSA的测试程序 |

2. 测试

   运行程序后，会在当前目录下生成.log日志文件，会显示测试信息和证书的验证状态，如图:

   ![certificate_log](images/certificate_log.png)

## 7. 文件加密系统

1. 文件结构
   | 文件名 | 功能 |
   | ------| -----|
   | RSA.h    | RSA密码体制类的声明           |
   | Util.h | 类型转换函数的声明 |
   | Util.cpp | 类型转换函数的定义 |
   | System.h | 用户加密和解密的类的声明 |
   | System.cpp | 用户加密和解密的类的实现 |
   | RSA.cpp  | RSA密码体制类的实现        |
   |RsaSig.h|RSA签名算法类的声明|
   |RsaSig.cpp|RSA签名算法类的实现|
   | Certificate.h | 证书相关类的声明 |
   | Certificate.cpp | 证书的具体实现 |
   | main.cpp | 文件加密系统程序 |

2. 流程图

   加密系统的流程如下：

   ![overview](images/overview.png)

3. 测试

   运行截图如下：

   ![final](images/final_result.png)