Файл: Отчет о выплнении лабораторной работы 2.doc

Скачать файл (1,11Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Отчет по практике

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 08.11.2023

Просмотров: 14

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ОТЧЕТ

О ВЫПЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ № 2

Задание.

№Варианта	Название алгоритма	Режим шифрования
10	ГОСТ 28147-89	OFB

Общие сведения.

Алгоритм шифрования ГОСТ 28147-89 является симметричным, блочным алгоритмом. Преобразование осуществляется над блоком размером 64 бита, размер секретного ключа 256 бит, в алгоритме 32 раунда преобразований.

Необходимые определения и обозначения:

– блок открытого текста размером 64 бита;

– блок зашифрованного текста размером 64 бита;

– секретный ключ (256 бит);

– раундовый ключ.

В алгоритме ГОСТ используются следующие операции:

S-блок или S-box – табличная подстановка, при которой группа бит отображается в другую группу бит;

– операция сложения по модулю 2³²;

или XOR – операция сложения по модулю 2 (или побитовое «исключающее или»);

11 – циклический сдвиг влево на 11 бит.

Эти операции циклически повторяются в алгоритме, образуя так называемые раунды. Входом каждого раунда является выход предыдущего раунда и раундовый подключ

, который получен из секретного ключа шифрования

следующим образом. Рассмотрим секретный ключ

(256 бит), состоящий из восьми слов по 32 бита:

. На их основе строим раундовый ключ:

Основная схема алгоритма ГОСТ представлена на рисунке 1

Рис. 1. Основная схема алгоритма ГОСТ
Для шифрования блок открытого текста сначала разбивается на две одинаковые части, правую R (младшее слово) и левую L (старшее слово) рисунок 2.

Рис. 2. Схема одного раунда алгоритма ГОСТ
На i-м раунде используется подключ

. Правая часть

складывается по модулю 2³² с раундовым подключом

. Над получившимся результатом выполняется операция табличной подстановки рисунок 3.

Рис. 3. Подстановка S-блоками
Для этого результат разбивается на восемь 4-битовых кусочков, каждый из которых подается на вход своего S-блока: первые четыре бита в S₀-блок, вторые – в S₁-блок и так далее. Каждый S-блок содержит 16 четырехбитовых элементов, нумеруемых с 0 по 15. ГОСТ рекомендует заполнять каждую из восьми таблиц различными числами множества {0, 1, 2, …, 15}, переставленными случайным образом.

S₀-блок
№	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Элемент	4	10	9	2	13	8	0	14	6	11	1	12	7	15	5	3
S₁-блок
№	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Элемент	14	11	4	12	6	13	15	10	2	3	8	1	0	7	5	9
S₂-блок
№	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Элемент	5	8	1	13	10	3	4	2	14	15	12	7	6	0	9	11
S₃-блок
№	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Элемент	7	13	10	1	0	8	9	15	14	4	6	12	11	2	5	3
S₄-блок
№	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Элемент	6	12	7	1	5	15	13	8	4	10	9	14	0	3	11	2
S₅-блок
№	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Элемент	4	11	10	0	7	2	1	13	3	6	8	5	9	12	15	14
S₆-блок
№	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Элемент	13	11	4	1	3	15	5	9	0	10	14	7	6	8	2	12
S₇-блок
№	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Элемент	1	15	13	0	5	7	10	4	9	2	3	14	6	11	8	12

Рис. 4. Набор S-блоков Центрального банка РФ
По входным четырем битам определяется номер элемента в S-блоке, который поступает на выход. Выходы всех восьми S-блоков объединяются в 32-битовое слово, затем все слово циклически сдвигается влево на 11 бит. Наконец, результат объединяется с помощью XOR с левой половиной, и получается новая правая половина, а правая половина становится левой половиной. Эти операции выполняются 32 раза. После этого левая и правая части меняются местами.
Запишем базовый цикл алгоритма ГОСТ.

Вход: Блок

, раундовый ключ

.

Выход: Преобразованный блок

.

FOR TO 31 DO

;

FOR TO 7 DO

RETURN
Для шифрования и дешифрования сообщения используется один алгоритм. Единственным различием является генерация раундового ключа. Чтобы дешифровать блок, строим раундовый ключ

,

подаем на вход

и на выходе получаем

.

ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ

#include "stdafx.h"

#include

#define OPENFILE "D:\\opentext.txt"

#define CRYPTEDFILE "D:\\cryptedtext.txt"

#define DECRYPTEDFILE "D:\\decryptedtext.txt"

#define SEKRETKEY "98765432109876543210987654321098"

#define CRYPT false

#define DECRYPT true

using namespace std;

int reverse_bit(int X)

{

return

X = // Реверсирование битов

((X & 0x1) <<31)+((X & 0x2) <<29)+((X & 0x4) <<27)+((X & 0x8) <<25)+

((X & 0x10) <<23)+((X & 0x20) <<21)+((X & 0x40) <<19)+((X & 0x80) <<17)+

((X & 0x100) <<15)+((X & 0x200) <<13)+((X & 0x400) <<11)+((X & 0x800) << 9)+

((X & 0x1000) << 7)+((X & 0x2000) << 5)+((X & 0x4000) << 3)+((X & 0x8000) << 1)+

((X & 0x10000) >> 1)+((X & 0x20000) >> 3)+((X & 0x40000) >> 5)+((X & 0x80000) >> 7)+

((X & 0x100000) >> 9)+((X & 0x200000) >>11)+((X & 0x400000) >>13)+((X & 0x800000) >>15)+

((X & 0x1000000) >>17)+((X & 0x2000000) >>19)+((X & 0x4000000) >>21)+((X & 0x8000000) >>23)+

((X & 0x10000000) >>25)+((X & 0x20000000) >>27)+((X & 0x40000000) >>29)+((X & 0x80000000) >>31);

}

int reverse_block(int X)

{

return

X = // Реверсирование 8-битных блоков + реверс битов результата

((X & 0x1) << 7)+((X & 0x2) << 5)+((X & 0x4) << 3)+((X & 0x8) << 1)+

((X & 0x10) >> 1)+((X & 0x20) >> 3)+((X & 0x40) >> 5)+((X & 0x80) >> 7)+

((X & 0x100) << 7)+((X & 0x200) << 5)+((X & 0x400) << 3)+((X & 0x800) << 1)+

((X & 0x1000) >> 1)+((X & 0x2000) >> 3)+((X & 0x4000) >> 5)+((X & 0x8000) >> 7)+

((X & 0x10000) << 7)+((X & 0x20000) << 5)+((X & 0x40000) << 3)+((X & 0x80000) << 1)+

((X & 0x100000) >> 1)+((X & 0x200000) >> 3)+((X & 0x400000) >> 5)+((X & 0x800000) >> 7)+

((X & 0x1000000) << 7)+((X & 0x2000000) << 5)+((X & 0x4000000) << 3)+((X & 0x8000000) << 1)+

((X & 0x10000000) >> 1)+((X & 0x20000000) >> 3)+((X & 0x40000000) >> 5)+((X & 0x80000000) >> 7);

}

void GOST(bool mode)

{

//--8 S-box'ов----------------------------------------

unsigned int Sbox[8][16] =

{

{4,10,9,2,13,8,0,14,6,11,1,12,7,15,5,3},

{14,11,4,12,6,13,15,10,2,3,8,1,0,7,5,9},

{5,8,1,13,10,3,4,2,14,15,12,7,6,0,9,11},

{7,13,10,1,0,8,9,15,14,4,6,12,11,2,5,3},

{6,12,7,1,5,15,13,8,4,10,9,14,0,3,11,2},

{4,11,10,0,7,2,1,13,3,6,8,5,9,12,15,14},

{13,11,4,1,3,15,5,9,0,10,14,7,6,8,2,12},

{1,15,13,0,5,7,10,4,9,2,3,14,6,11,8,12}

};

//--Ключ шифрования и его разбиение--------------------

char s[33] = SEKRETKEY;

unsigned int key[8];

for(int i = 0; i<8; i++)

{

key[i] = (s[4*i]<<24) + (s[1+4*i]<<16) + (s[2+4*i]<<8) + s[3+4*i]; // Складывание каждых 4-х символов ключа в одно число

key[i] = reverse_bit(key[i]); // Реверсирование битов

}

//--Открытие файла-------------------------------------

FILE* f; // Входной файл

FILE* g; // Выходной файл

int fsize; // Размер входного файла

if(mode == CRYPT)

{

f = fopen(OPENFILE, "r");

fseek (f, 0, SEEK_END); // Вычисление размера файла

fsize = ftell(f);

fseek (f, 0, SEEK_SET);

g = fopen(CRYPTEDFILE, "w");

}

if(mode == DECRYPT)

{

f = fopen(CRYPTEDFILE, "r");

fseek (f, 0, SEEK_END); // Вычисление размера файла

fsize = ftell(f);

fseek (f, 0, SEEK_SET);

g = fopen(DECRYPTEDFILE, "w");

}

//--Основной цикл шифрования---------------------------

while(fsize)

{

unsigned int A = 0; // Страший 32-битный блок

unsigned int B = 0; // Младший 32-битный блок

//------------------------------------

if(fsize>=4) // Заполнение старшего блока...

{

fread(&A, 4, 1, f); // ...символами...

fsize -= 4;

}

else

{

fread(&A, fsize, 1, f);

for(int i = 0; i<(4-fsize); i++)

{

A += (32<<(24-(i*8))); // ... или пробелами, если символы кончились,

fsize = 0; // а 64 бита еще не набралось

}

}

//------------------------------------

if(fsize>=4) // Заполнение младшего блока...

{

fread(&B, 4, 1, f); // ...символами...

fsize -= 4;

}

else

{

fread(&B, fsize, 1, f);

for(int i = 0; i<(4-fsize); i++)

{

B += (32<<(24-(i*8))); // ... или пробелами, если символы кончились,

fsize = 0; // а 64 бита еще не набралось

}

}

//------------------------------------

A = reverse_block(A); // Реверсирование блоков с последующим реверсом бит

B = reverse_block(B); // Реверсирование блоков с последующим реверсом бит

unsigned int T; // Для промежуточных вычислений

//--32 раунда--------------------------------------

for(int i = 0; i<32; i++)

{

T = 0;

if(mode == CRYPT)

{

if(i<24) T = (A+key[i%8]) % 0x100000000; // суммирование с ключом в зависимости от раунда

else T = (A+key[7-(i%8)]) % 0x100000000;

}

if(mode == DECRYPT)

{

if(i<8) T = (A+key[i%8]) % 0x100000000; // суммирование с ключом в зависимости от раунда

else T = (A+key[7-(i%8)]) % 0x100000000;

}

unsigned int Fragments[8] = // Разбиение на 4-битные фрагменты

{

(T & 0xF0000000)>>28,

(T & 0xF000000)>>24,

(T & 0xF00000)>>20,

(T & 0xF0000)>>16,

(T & 0xF000)>>12,

(T & 0xF00)>> 8,

(T & 0xF0)>> 4,

(T & 0xF)

};

for(int j = 0; j<8; j++)

{

Fragments[j] = Sbox[j][Fragments[j]-1]; // Пропуск фрагментов через Sbox'ы

}

T = (Fragments[0]<<28) + // Сборка фрагментов обратно в 32-битный подблок

(Fragments[1]<<24) +

(Fragments[2]<<20) +

(Fragments[3]<<16) +

(Fragments[4]<<12) +

(Fragments[5]<< 8) +

(Fragments[6]<< 4) +

Fragments[7];

T = (T<<11)|(T>>21); // Циклическое смещение влево на 11 бит

T ^= B; // XOR с B

if(i != 31)

{

B = A; // Перестановка подблоков 1-31 и 32 циклов

A = T;

}

else

{

B = T;

}

} //--Коненц 32 раундов---------------------------

A = reverse_block(A); // Реверсирование блоков с последующим реверсом бит

B = reverse_block(B); // Реверсирование блоков с последующим реверсом бит

//--Вывод A и B в файл--------------------------

fwrite(&A, 4, 1, g);

fwrite(&B, 4, 1, g);

} // Конец файла

fclose(f);

fclose(g);

}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

GOST(CRYPT);

GOST(DECRYPT);

return 0;

}

for(int j=0;j<8;j++) //Заполняем блок битами символов (число символов N=8)

{

if(n/Pow(2,7-j)>=1)

{

T[8*i+j]=1;

n=n-Pow(2,7-j);

}

else

T[8*i+j]=0;

}

}

}

//Вывод блока Т

fprintf(log,"Tnach ");

for(int i=0;i<64;i++)

fprintf(log,"%d",T[i]);

}

void ZapolnB() //Заполнение блока B

{

//Заполнение и вывод блока В1

fprintf(log,"\nB1 ");

for(int i=0;i<32;i++)

{

B[i]=T[i];

fprintf(log,"%d",B[i]);

}

}

void ZapolnA() //Заполнение блока A

{

//Заполнение и вывод блока A1

fprintf(log,"\nA1 ");

for(int i=0;i<32;i++)

{

A[i]=T[32+i];

fprintf(log,"%d",A[i]);

}

}

void ZapolnK(int *t) //Заполнение и вывод подключа K

{

fprintf(log,"\nK%-5d",*t);

unsigned long x=0;

if (rejim==1) //Если режим шифрования, то

{ //последовательность подключей имеет следующий вид:

if((*t>=25)&&(*t<=32))

x=KEY[7-(*t-1)%8];

else

x=KEY[(*t-1)%8];

}

if (rejim==2) //Если режим шифрования, то

{ //последовательность подключей имеет следующий вид:

if((*t>=1)&&(*t<=8))

x=KEY[(*t-1)%8];

else

x=KEY[7-(*t-1)%8];

}

for(int i=0;i<32;i++) //Переводим значение подключа в массив битов

{

if(x/Pow(2,31-i)>=1)

{

K[i]=1;

x=x-Pow(2,31-i);

}

else

K[i]=0;

fprintf(log,"%d",K[i]); //Вывод подключа

}

}

void Sum232() //Заполнение блока K

{

fprintf(log,"\nSUM32 ");

for(int c=0,i=31;i>=0;i--) //Поразрядное сложение блоков

{

if ((A[i]+K[i]+c)>=2) //Если переполнение, то:

{

SUM32[i]=A[i]+K[i]+c-2;

c=1;

}

else //Иначе:

{

SUM32[i]=A[i]+K[i]+c;

c=0;

}

}

for(int i=0;i<32;i++) //вывод сумматора

fprintf(log,"%d",SUM32[i]);

}

void ZapolnN() //Заполнение накопителя

{

fprintf(log,"\nN ");

for(int i=0;i<8;i++) //В накопителе 8 чисел

{

for(int j=0;j<4;j++) //Преобразуем 4 бита сумматора (начиная с конца, т.е. 4 посл бита, 4 предпосл бита и т.д.) в 10-чное число

if(SUM32[31-4*i-j]==1)

N[i]=N[i]+Pow(2,j);

fprintf(log,"%d ",N[i]); //Выводим накопитель

}

}

void UzliZamen() //Прохождение заполнителя через узлы замен

{

fprintf(log,"%\nN ");

for(int i=0,k;i<8;i++)

{

k=N[i];

N[i]=TABLE[i][k]; //Выход из i-ого узла

fprintf(log,"%d ",N[i]);

}

}

void ZapolnN1() //Преобразование результатов функции UzliZamen() в накопитель N1

{

for(int i=0;i<8;i++) //Все 8 чисел накопителя N

for(int j=0;j<4;j++) //переводим в двоичный вид

{

if(N[i]/Pow(2,3-j)>=1)

{

N1[4*i+j]=1;

N[i]=N[i]-Pow(2,3-j);

}

else

N1[4*i+j]=0;

}

fprintf(log,"%\nN1 ");

for(int i=0;i<32;i++) //вывод выходного накопителя

fprintf(log,"%d",N1[i]);

}

void Sdvig11() //Сдвиг на 11 бит влево. Результат сдвига - результа функции Фейстеля F(Ai,Ki)

{

fprintf(log,"\nF ");

for(int i=0;i<21;i++)

{

F[i]=N1[i+11]; //Сохраняем биты с 12 по 32

fprintf(log,"%d",F[i]);

}

for(int i=0;i<11;i++)

{

F[i+21]=N1[i]; //Сохраняем биты с 1 по 11

fprintf(log,"%d",F[i+21]);

}

}

void XOR(int *t) //Ai+1 = Bi XOR F(Ai,Ki)

{

fprintf(log,"\nA%-5d",*t+1);

for(int i=0;i<32;i++)

{

A[i]=F[i]^B[i]; //Двоичное исключающее "ИЛИ"

fprintf(log,"%d",A[i]);

}

}

void SohrBnext(int *t) //Bi+1 = Ai

{

fprintf(log,"\nB%-5d",*t+1);

for(int i=0;i<32;i++)

{

B[i]=C[i];

fprintf(log,"%d",B[i]);

}

}

void SkleivanieAB() //Склеивание блоков. T=AB

{

fprintf(log,"\nTkon ");

for(int i=0;i<32;i++)

T[i]=A[i];

for(int i=32;i<64;i++)

T[i]=B[i-32];

for(int i=0;i<64;i++)

fprintf(log,"%d",T[i]);

}

void ViviodTexta(int *x) //Преобразование блока T в символы и вывод этих символов в выходной файл (fo)

{

int d;

fprintf(log,"\n\nRezultat: ");

if((*x==blokN-1)&&(nekratno==1)&&(rejim==2)) //Если последний блок, "..." - некратно и режим расшифрования, то

d=FileSize(fi)%8; //выводим первые d=FileSize(fi)%8 символов.

else //Иначе

d=8; //выводим 8 символов

for(int i=0;i
{

n=0;

for(int j=0;j<8;j++) //Преобразование из 8 бит в соответствующий символ

if (T[8*i+j]==1)

n=n+Pow(2,7-j);

ch=n;

fprintf(log,"%c",ch);

fprintf(fo,"%c",ch);

}

fprintf(log,"\n");

}

ПРИЛОЖЕНИЕ