работа шифрования и расшифровка по алгоритму rc6 (стр. 2 из 2)
Вход:
Исходный текст, записанный в 4-х w-битовых регистрах A,B,C,D
Число циклов шифрования r
Ключевая таблица S[0.. 2r + 3] w-битовых слов.
Выход:
Шифрованный текст в регистрах A,B,C,D
Процедура:
B = B + S[0];
D = D + S[1];
for i=1 to r do
{
t = (B * (2 * B + 1)) << log2w
u = (D * (2 * D + 1)) << log2w
A = (A xor t) << u + s[2*i]
C =(C xor U)<< t) + s[2*i+1]
(A,B,C,D) = (B,C,D,A)
}
A = A + S[2*r +2]
C = C + S[2*r +3]
Исходный файл разбивается на порции по 128 бит. Эти порции, в свою очередь, состоят из четырех блоков (которые как раз и используются в четырех ветвях сети Фейcтеля). Первая порция считывается, и к четным блокам прибавляются по модулю 2N первые два 32-битовых слова ключа. Далее, блоки считываются последовательно в цикле из файла. На каждой итерации производится сдвиг на машинное слово, что меняет четные и нечетные блоки местами. В цикле над четными блоками производится операция преобразования T(X)=(X*(2*X+1)) mod 2N и циклический сдиг влево на log232 = 5 бит. Далее, над преобразованными блоками и исходными нечетными блоками производится операция XOR и циклический сдвиг влево на количество бит, хранимое после преобразования в четных блоках. Заключительная операция в цикле - сложение по модулю 2N с (2*i)-м и (2*i+1)-м 32-битовыми словами ключа. Далее, как было сказано выше, четные и нечетные блоки меняются местами и начинается новая итерация цикла. После окончания цикла к нечетным блокам прибавляются по модулю 2N последние два 32-битовых слова ключа.
Расшифровка описывается следующим образом:
Вход:
Шифрованный текст, записанный в 4-х w-битовых регистрах A,B,C,D
Число циклов шифрования r
Ключевая таблица S[0.. 2r + 3] w-битовых слов.
Выход:
Исходный текст в регистрах A,B,C,D
Процедура:
C = C - S[2*r +3]
A = A - S[2*r +2]
for i=r downto 1 do
{
(A,B,C,D) = (D,A,B,C)
u =(D * (2 * D + 1))<< log2w
t = (B * (2 * B + 1))<< log2w
C = (C - S[2*i+1]<< t) xor u
A = (A - S[2*i]) <<u) xor t
}
D = D - S[1]
B = B - S[0]
Алгоритм вычисления ключей для RC6-w/r/b выглядит следующим образом:
Пользователь задает ключ длиной b байтов. Достаточное число ненулевых байтов дописывается в конец, чтобы получилось целое число слов. Затем эти байты записываются, начиная с младшего в массив из слов, т.е. первый байт ключа записывается в L[0], и т.д., а L[c-1] при необходимости дополняется со стороны старших разрядов нулевыми байтами. В результате работы алгоритм генерации ключей будет вычислено 2r + 4 слов, которые будут записаны в массиве S[0.. 2r + 3].
Константы P32 = b7e15163 и Q32 = 9e3779b9 – это константы, получаемые из двоичного представления е – 2, где е – основание натурального логарифма, и ф – 1, где ф – золотое сечение соответственно.
Алгоритм вычисления ключей для RC6:
Вход:
Определенный пользователем b-байтовый ключ, предварительно загруженный в массив L[0..c-1].
Число раундов шифрования r.
Выход:
Ключевая таблица S[0.. 2r + 3] w-битовых слов.
Процедура:
S[0] := P32
for i := 1 to 2*r+3 do
S[k] := S[k-1] +Q32
v = 3 * max{c,2*r + 4}
A = B = i = j
for i := 1 to v do
{
A = S[i] = (S[i] + A + B) << 3
B = L[j] = (L[j] + A + B) <<(AA + BB)
i = (i+1) mod (2*r+4);
j = (j+1) mod c;
}
После того, как пользователь задает исходный ключ, который записывается в исходный массив L, начинает формироваться ключевая таблица S. Первый элемент S = b7e15163. Далее, в цикле для всех 2*r+3 элементов таблицы S ее элементы задаются следующим образом: каждый следующий элемент равен предыдущему плюс константа 9e3779b9. Далее, определяется, что больше, число ненулевых элементов массива L или 2*r+4. Это значение, помноженное на 3, используется далее в качестве предела итераций для цикла. В новом цикле снова преобразуются элементы таблицы S. Каждый элемент S[i] равен сумме самого себя, предыдущего элемента S[i-1] и предыдущего элемента L[i-1]. К этому значению применяется циклический сдвиг влево на 3 бит. Аналогичным образом в этом же цикле рассчитывается i-й элемент массива L, за исключение того, что сдвиг влево производится на число бит, равное сумме L[i] и S[i]. Каждые следующие индексы массивов i и j равны самим себе, взятым с увеличением на 1 по модулю (2*r+4) или с соответственно.
Практическая часть
В результате работы над курсовой была разработана программа шифрования/расшифровки по алгоритму RC6 со следующими параметрами: длина слова в битах (w) = 32, количество циклов шифрования (r) = 20, размер ключа в байтах (b) = 1..255. Программа написана на языке программирования Object Pascal в среде Borland Delphi 6.0. Текст программы приведен в приложении А.
Для проведения расшифровки, зашифрованного по данному алгоритму файла, необходимо выполнить следующие действия: в блоке выбора выполняемого действия выбрать операцию «Расшифровка файла». В качестве ключа необходимо ввести слово «пароль». В качестве исходного файла можно выбрать файл input1.txt (при этом его содержимое загрузится в многострочный редактор). В поле «Конечный файл» вводится имя выходного файла. Введем имя «output1.txt». При нажатии на кнопку «Расшифровать» содержимое расшифрованного файла загружается в многострочный редактор (рис. 2).
рис. 2.
В результате тестирования был также рассмотрен вариант использования ключа, который отличается от верного на 1 символ. В результате сравнения результатов расшифровки было установлено, что степень перемешивания бит при кодировании очень высока, т.к. всего лишь один неверный символ в ключе привел к полному отличию расшифрованного файла от исходного (рис. 3).
рис. 3.
Также был рассмотрен вариант шифрования при частичной замене содержимого исходного файла с использованием того же пароля: в результате замены нескольких символов в начале исходного файла было установлено, что зашифрованные файлы резко отличаются друг от друга. Это также является подтверждением высокой степени перемешивания бит в результате работы алгоритма шифрования. В ходе анализа результатов работы программы было установлено, что все необходимые функции выполняются.
Заключение
В данной курсовой работе была спроектирована и реализована система шифрования/расшифровки по алгоритму RC6. Была разработана программа, которая выполняет как функцию шифрования, так и расшифровки.
Созданная программа была протестирована. Результаты тестирования показали ее правильную и устойчивую работу. Полученные результаты работы программы были проанализированы и позволяют сделать вывод о том, что поставленная задача была успешна решена.
Реализация системы проводилась с использованием инструментальных средств Borland Delphi 7.0. При написании программы основное внимание было уделено удобству работы пользователя и построению дружественного интерфейса.
Список литературы:
1. «Практическая криптография: алгоритмы и их программирование». Авторы: А. В. Агpановcкий, Р. А. Хади .
2. «RC6 and the AES». Автор: M.J.B. Robshaw
3. Материалы с официальной страницы НИСТ США http://www.nist.gov/aes
Приложение А
Тексты программы
unit uCoding;
interface
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs, StdCtrls, ComCtrls;
type
TForm1 = class(TForm)
GroupBox1: TGroupBox;
RadioButton1: TRadioButton;
RadioButton2: TRadioButton;
Label1: TLabel;
edKey: TEdit;
Label2: TLabel;
OpenDialog1: TOpenDialog;
Label3: TLabel;
edFirstFile: TEdit;
edSecondFile: TEdit;
btFirstFile: TButton;
Label4: TLabel;
Label5: TLabel;
Memo1: TMemo;
Memo2: TMemo;
btGo: TButton;
procedure btFirstFileClick(Sender: TObject);
procedure RadioButton1Click(Sender: TObject);
procedure btGoClick(Sender: TObject);
private
{ Private declarations }
public
{ Public declarations }
end;
var
Form1: TForm1;
implementation
const r = 20;
var Buf: array [1..4] of Integer;
S: array [0..2*r+3] of Integer;
{$R *.dfm}
procedure TForm1.btFirstFileClick(Sender: TObject);
begin
OpenDialog1.InitialDir := GetCurrentDir;
if OpenDialog1.Execute then
Memo1.Lines.LoadFromFile(OpenDialog1.FileName);
edFirstFile.Text := OpenDialog1.FileName;
end;
procedure TForm1.RadioButton1Click(Sender: TObject);
begin
if RadioButton1.Checked then btGo.Caption := 'Шифровать'
else btGo.Caption := 'расшифровать';
end;
function LRot32(X: Integer; c: Integer): Integer; assembler;
asm
mov ecx,&c
mov eax,&X
rol eax,cl
mov &Result,eax
end;
function RRot32(X: Integer; c: Integer): Integer; assembler;
asm
mov ecx,&c
mov eax,&X
ror eax,cl
mov &Result,eax
end;
//Генерация ключа:
procedure MakeKey;
var Key: ShortString;
L: array [0..63] of Integer;
Len, c, k, v, i, j: byte;
A, B: Integer;
begin
Key := Form1.edKey.Text;
Len := Length(Key);
FillChar(L, Sizeof(L), 0);
Move(Key, L, Len+1);
c := Len div 4;
if Len mod 4 <> 0 then Inc(c);
S[0] := $B7E15163;
for i:=1 to 2*r+3 do
S[i] := S[i-1] + $9E3779B9;
i := 0; j := 0;
A := 0; B := 0;
if c>2*r+4 then v := 3*c else v := 3*(2*r+4);
for k:=1 to v do begin
A := LRot32((S[i]+A+B), 3);
S[i] := A;
B := LRot32((L[j]+A+B), (A+B));
L[j] := B;
i := (i+1) mod (2*r+4);
j := (j+1) mod c;
end; {for k}
end;
procedure EnCript;
var Temp, A, B, C, D, t, v: Integer;
i: Byte;
begin
A := Buf[1];
B := Buf[2];
C := Buf[3];
D := Buf[4];
B := B + S[0];
D := D + S[1];
for i:=1 to r do begin
t := LRot32(B*(2*B+1), 5);
v := LRot32(D*(2*D+1), 5);
A := LRot32(A xor t, v)+S[2*i];
C := LRot32(C xor v, t)+S[2*i+1];
Temp := A;
A := B;
B := C;
C := D;
D := Temp;
end;
A := A + S[2*r+2];
C := C + S[2*r+3];
Buf[1] := A;
Buf[2] := B;
Buf[3] := C;
Buf[4] := D;
end;
procedure DeCript;
var Temp, A, B, C, D, t, v: Integer;
i: Byte;
begin
A := Buf[1];
B := Buf[2];
C := Buf[3];
D := Buf[4];
A := A - S[2*r+2];
C := C - S[2*r+3];
for i:=r downto 1 do begin
Temp := D;
D := C;
C := B;
B := A;
A := Temp;
t := LRot32(B*(2*B+1), 5);
v := LRot32(D*(2*D+1), 5);
A := RRot32(A-S[2*i], v) xor t;
C := RRot32(C-S[2*i+1], t) xor v;
end;
B := B - S[0];
D := D - S[1];
Buf[1] := A;
Buf[2] := B;
Buf[3] := C;
Buf[4] := D;
end;
procedure TForm1.btGoClick(Sender: TObject);
var f1, f2: file;
NumRead, NumWritten, i: Integer;
begin
MakeKey; //Генерация ключа
AssignFile(f1, edFirstFile.Text);
AssignFile(f2, edSecondFile.Text);
Reset(f1, 1);
Rewrite(f2, 1);
repeat
FillChar(Buf, Sizeof(Buf), 0);
BlockRead(f1, Buf, SizeOf(Buf), NumRead);
if RadioButton1.Checked then EnCript else Decript;
if not((RadioButton2.Checked) and (NumRead<SizeOf(Buf))) then
BlockWrite(f2, Buf, SizeOf(Buf), NumWritten);
until (NumRead = 0) Or (SizeOf(Buf) <> NumRead);
CloseFile(f1);
CloseFile(f2);
Memo2.Lines.LoadFromFile(edSecondFile.Text);
end;
end.
Приложение В
Экранные формы
Рисунок 4 - Основное окно программы