一 密钥分配.doc

实习一 密钥分配一、实习目的1理解密钥管理的重要性；2掌握对称密码和公钥密码密钥管理的不同特性；3掌握密钥分发基本方法，能设计密钥分发方案二、实习要求1实习前认真预习第2章的有关内容；2复习对称密码和公钥密码相关内容；3熟悉Java平台的JCE包有关类。三、 实习内容假定两个用户A、B，用户A、B的通讯密钥为K，他们的公私钥对分别是KPUa、KPRa和KPUb、KPRb，他们要进行安全通讯，密钥分发与通信过程如1所示。(1)根据图1所示，实现利用公钥密码算法分发对称密钥的过程。实现的阶梯任务如下：以本地两个目录模拟两个用户，采用变量方式直接实现密钥的分发；实现算法的图形化方式，用户可以选择算法、参数、工作模式等；以文件方式管理密钥及明文、密文；采用Socket，建立安全通信过程；将方案移植到某个web应用中。 (2)按照(1)的阶梯任务，实现基于DH密钥协定的密钥分发。 四、实验过程1.知识回顾DES 是数据加密标准（Data Encryption Standard）的简称，出自 IBM 的研究工作，并在 1977 年被美国政府正式采纳。它是使用较为广泛的密钥系统，最初开发 DES 是嵌入硬件中DES 特别是在保护金融数据的安全，如自动取款机中，使用较多。在 DES 中，使用了一个 56 位的密钥以及附加的 8 位奇偶校验位，产生最大 64 位的分组大小。加密过程中，将加密的文本块分成两半。使用子密钥对其中一半应用循环功能，然后将输出与另一半进行“异或”运算；接着交换这两半。循环往复。DES 使用 16 个循环，但最后一个循环不交换。攻击 DES，一般只能使用穷举的密钥搜索，即重复尝试各种密钥直到有一个符合为止。如果 DES使用 56 位的密钥，则可能的密钥数量是 2 56 个，穷举难度较大。IBM曾对DES拥有几年的专利权，但在 1983 年到期。在公开密钥密码体制中，加密密钥（即公开密钥）PK是公开信息，而解密密钥（即秘密密钥）SK是需要保密的。加密算法E和解密算法D也都是公开的。虽然解密密钥SK是由公开密钥PK决定的，但却不能根据PK计算出SK。正是基于这种理论，1978年出现了著名的RSA算法，它通常是先生成一对RSA 密钥，其中之一是保密密钥，由用户保存；另一个为公开密钥，可对外公开，甚至可在网络服务器中注册。为提高保密强度，RSA密钥至少为500位长，一般推荐使用1024位。这就使加密的计算量很大。为减少计算量，在传送信息时，常采用传统加密方法与公开密钥加密方法相结合的方式，即信息采用改进的DES或IDEA对话密钥加密，然后使用RSA密钥加密对话密钥和信息摘要。对方收到信息后，用不同的密钥解密并可核对信息摘要。2.问题分析(1)对称密钥密码体系对称密钥密码体系也叫密钥密码体系，它是指消息发送方和消息接收方必须使用相同的密钥，该密钥必须保密。发送方用该密钥对待发消息进行加密，然后将消息传输至接收方，接收方再用相同的密钥对收到的消息进行解密。这一过程可用数学形式来表示。消息发送方使用的加密函数encrypt有两个参数：密钥K和待加密消息M，加密后的消息为E，E可以表示为E=encrypt(K，M)消息接收方使用的解密函数decrypt把这一过程逆过来，就产生了原来的消息M=decrypt(K，E)=decrypt(K，encrypt(K，M)(2)非对称密钥密码体系 非对称密钥密码体系又叫公钥密码体系，它使用两个密钥：一个公共密钥PK和一个私有密钥SK。这两个密钥在数学上是相关的，并且不能由公钥计算出对应的私钥，同样也不能由私钥计算出对应的公钥。这种用两把密钥加密和解密的方法表示成如下数学形式。假设M表示一条消息，puba表示用户a的公共密钥，prva表示用户a的私有密钥，那么： M=decrypt(puba，encrypt(prva，M)3.算法分析及流程图StartDES生成密钥KRSA生成公钥密钥对RSA加密算法使用公钥对密钥K加密RSA解密算法使用私钥解密End4实验原理(1) 利用java中的KeypairGenerator类创建公钥密钥对，工厂类KeypairGenerator的静态方法getInstance()可以获得KeypairGenerator类型对象。(2) 方法getInstance()的参数为字符串类型，指定加密算法为RSA。 (3) RSA算法是使用整数进行加密运算的，RSA的公钥中包含两个信息：公钥对应的整数e和用于取模的整数n。对于明文m计算密文的公式是me mod n。java中的BigInteger类中定义的modPow()方法可以计算me mod n。(4) RSA的私钥中包含两个信息：私钥对应的整数d和用于取模的整数n。计算明文的公式是：Ce mod n。5.类图四数据测试及结果1、 利用DES算法生成对称密钥Key，运行程序后生成Key.dat文件2、利用RSA算法生成公钥密钥对，将公钥存入A文件夹下，将私钥存入B文件夹下，运行程序后在A文件夹下生成Skey_RSA_pub.dat文件，在B文件夹下生成Skey_RSA_priv.dat文件：3.利用RSA加密算法对对称密钥加密，将加密后文件保存为Enc_RSA.dat文件，运行程序后：4、 利用RSA解密算法对密文进行解密，将解密后的文件Key.dat写入B文件夹下，运行程序后B文件夹下生成Key.dat文件： 五总结通过本次实习，复习了DES和RSA的相关知识，通过使用DES算法和RSA算法实现密钥分发与通信过程，对密钥的分配过程有了一定的了解。让我更加认识到了加密算法的复杂，也更加巩固了我们的java知识，理解了公钥密码算法，掌握了RSA密码算法加解密过程的实现，学习了java.security.*和java.crypto.* 中相关类。对于KeypairGenerator，KeyPair，PublicKey，PrivateKey等类有了进一步的了解，RSA算法是使用整数进行加密运算的，RSA的公钥中包含两个信息公钥对应的整数e和用于取模的整数n。由于时间精力有限，本次实验还存在很多问题，在控制台进行明文的加密解密正常，图形界面的加密也正常，解密时调用Skey_RSA的解密方法时未能完成解密工作。加密方法的参数密钥由KeypairGenerator的静态方法getInstance()可以获得KeypairGenerator类型对象，所以在界面使用文本框获得key值会造成初始化方法init()的publickey参数错误，于是设置成密钥由系统生成。Cipher cipher = Cipher.getInstance(RSA); / Cipher负责完成加密或解密工作，基于RSAcipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey); / 根据公钥，对Cipher对象进行初始化对称密码一般要求： 1、加密解密用相同的密钥 2、收发双方必须共享密钥 安全性要求： 1、密钥必须保密 2、没有密钥，解密不可行 3、知道算法和若干密文不足以确定密钥公钥密码一般要求：1、加密解密算法相同，但使用不同的密钥 2、发送方拥有加密或解密密钥，而接收方拥有另一个密钥 安全性要求： 1、两个密钥之一必须保密 2、无解密密钥，解密不可行 3、知道算法和其中一个密钥以及若干密文不能确定另一个密钥源程序/生成对称密钥package Skey;import java.io.FileOutputStream;import java.io.ObjectOutputStream;import javax.crypto.KeyGenerator;import javax.crypto.SecretKey;public class Skey_DES /* * param args */ TODO Auto-generated method stub/对称密钥的生成，并通过对象序列化方式保存在文件中 public static void main(String args) throws Exception KeyGenerator kg=KeyGenerator.getInstance(DESede);/创建密钥生成器 kg.init(168);/初始化密钥生成器 SecretKey k=kg.generateKey( );/生成密钥 /通过对象序列化方式将密钥保存在文件中 FileOutputStream f1=new FileOutputStream(A/Key.dat); ObjectOutputStream b1=new ObjectOutputStream(f1); b1.writeObject(k); /生成对称密钥对package RSA;import java.io.*;import java.security.*;import erfaces.RSAPrivateKey;import erfaces.RSAPublicKey;import javax.crypto.Cipher;public class Skey_RSA / KeyGenerator提供对称密钥生成器的功能，支持各种算法public KeyPairGenerator keyPairGen;/ SecretKey负责保存对称密钥KeyPair keyPair;RSAPrivateKey privateKey;RSAPublicKey publicKey;/ Cipher负责完成加密或解密工作private Cipher c;/ 该字节数组负责保存加密的结果private byte cipherByte;/ KeyPairGenerator 类用于生成公钥和私钥对，基于RSA算法生成对象/* * param args */Skey_RSA() / KeyPairGenerator 类用于生成公钥和私钥对，基于RSA算法生成对象KeyPairGenerator keyPairGen = null;try keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(RSA); catch (NoSuchAlgorithmException e) / TODO 自动生成的 catch 块e.printStackTrace();/ 初始化密钥对生成器,密钥大小为1024位keyPairGen.initialize(1024);/ 生成一个密钥对，保存在keyPair中KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();/ 得到私钥RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();/ 得到公钥RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();public RSAPrivateKey getPrivateKey() return privateKey;public void setPrivateKey(RSAPrivateKey privateKey) this.privateKey = privateKey;public RSAPublicKey getPublicKey() return publicKey;public void setPublicKey(RSAPublicKey publicKey) this.publicKey = publicKey;public byte encrypt(RSAPublicKey publicKey, byte srcBytes) if (publicKey != null) try / Cipher负责完成加密或解密工作，基于RSACipher cipher = Cipher.getInstance(RSA);/ 根据公钥，对Cipher对象进行初始化cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);/ 加密，结果保存进resultBytesbyte resultBytes = cipher.doFinal(srcBytes);return resultBytes; catch (Exception e) e.printStackTrace();return null;public byte decrypt(RSAPrivateKey privateKey, byte encBytes) if (privateKey != null) try Cipher cipher = Cipher.getInstance(RSA);/ 根据私钥，对Cipher对象进行初始化cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);/ 解密，结果保存进resultBytesbyte decBytes = cipher.doFinal(encBytes);return decBytes; catch (Exception e)e.printStackTrace();return null;public static void main(String args) throws Exception / 密钥对生成器KeyPairGenerator工厂，非对称加密算法：RSA,DSAKeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance(RSA);/ 制定密钥长度kpg.initialize(1024);/ 生成密钥对KeyPair kp = kpg.genKeyPair();PublicKey pbkey = kp.getPublic();PrivateKey prkey = kp.getPrivate();FileOutputStream f1 = new FileOutputStream(A/Skey_RSA_pub.dat);ObjectOutputStream b1 = new ObjectOutputStream(f1);b1.writeObject(pbkey);FileOutputStream f2 = new FileOutputStream(B/Skey_RSA_priv.dat);ObjectOutputStream b2 = new ObjectOutputStream(f2);b2.writeObject(prkey);Skey_RSA rsa = new Skey_RSA();String msg = rsa_安全编程技术;System.out.println(明文是: + msg);/ KeyPairGenerator 类用于生成公钥和私钥对，基于RSA算法生成对象KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(RSA);/ 初始化密钥对生成器,密钥大小为1024位keyPairGen.initialize(1024);/ 生成一个密钥对，保存在keyPair中KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();/ 得到私钥RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();/ 得到公钥RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();/ 用公钥加密byte srcBytes = msg.getBytes();byte resultBytes = rsa.encrypt(publicKey, srcBytes);String result = new String(resultBytes);System.out.println(用公钥加密后密文是: + result);/ 用私钥解密byte decBytes = rsa.decrypt(privateKey, resultBytes);String dec = new String(decBytes);System.out.println(用私钥解密后结果是: + dec);/公钥加密package RSA;import erfaces.RSAPublicKey;import java.math.*;import java.io.*;public class Enc_RSA public static void main(String args) throws ExceptionBufferedReader in=new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(A/Key.dat);String s=in.readLine();FileInputStream f=new FileInputStream(A/Skey_RSA_pub.dat);ObjectInputStream b=new ObjectInputStream(f);/公钥转换为RSA公钥RSAPublicKey pbk=(RSAPublicKey)b.readObject();/获取公钥参数：公钥对应的整数e，用于取模的整数nBigInteger e=pbk.getPublicExponent();BigInteger n=pbk.getModulus();System.out.println(e=+e);System.out.println(n=+n);byte ptext=s.getBytes(UTF8);BigInteger m=new BigInteger(ptext);BigInteger c=m.modPow(e,n);System.out.println(c=+c);String cs=c.toString();BufferedWriter out=new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(Enc_RSA.dat);out.write(cs,0,cs.length();out.close();/私钥解密package RSA;import erfaces.*;import java.math.*;import java.io.*;public class Dec_RSA public static void main(String args) throws ExceptionBufferedReader in=new BufferedReader (new InputStreamReader(new FileInputStream(Enc_RSA.dat);String ctext=in.readLine();BigInteger c=new BigInteger(ctext);FileInputStream f=new FileInputStream(B/Skey_RSA_priv.dat);ObjectInputStream b=new ObjectInputStream(f);RSAPrivateKey prk=(RSAPrivateKey)b.readObject();BigInteger d=prk.getPrivateExponent();BigInteger n=prk.getModulus();System.out.println(d=+d);System.out.println(n=+n);BigInteger m=c.modPow(d, n);System.out.println(m=+m);bytemt=m.toByteArray();System.out.println(Plain Text is);for(int i=0;imt.length;i+)System.out.print(char)mti);FileOutputStream f1=new FileOutputStream(B/Key.dat);ObjectOutputStream b1=new ObjectOutputStream(f1);b1.writeObject(m);/图形界面package Dec;/* * Window.java * * Created on _DATE_, _TIME_ */import java.io.IOException;import erfaces.RSAPublicKey;import java.util.Scanner;/* * * author _USER_ */public class Window extends javax.swing.JFrame /* Creates new form Window */public Window() initComponents();/* This method is called from within the constructor to * initialize the form. * WARNING: Do NOT modify this code. The content of this method is * always regenerated by the Form Editor. */GEN-BEGIN:initComponents/ private void initComponents() button1 = new java.awt.Button();textField1 = new java.awt.TextField();textField2 = new java.awt.TextField();内容 = new java.awt.Label();密钥 = new java.awt.Label();textArea1 = new java.awt.TextArea();button2 = new java.awt.Button();setDefaultCloseOperation(javax.swing.WindowConstants.EXIT_ON_CLOSE);button1.setLabel(加密);button1.addActionListener(new java.awt.event.ActionListener() public void actionPerformed(java.awt.event.ActionEvent evt) /textField1.setText();/textField2.setText();/textField1.requestFocus();try button1ActionPerformed(evt); catch (IOException e) / TODO 自动生成的 catch 块e.printStackTrace(););textField1.setText(请输入明文或者密文);textField1.addActionListener(new java.awt.event.ActionListener() public void actionPerformed(java.awt.event.ActionEvent evt) textField1ActionPerformed(evt););textField2.setText(密钥由系统随机生成);textField2.addActionListener(new java.awt.event.ActionListener() public void actionPerformed(java.awt.event.ActionEvent evt) textField2ActionPerformed(evt););内容.setText(内容);密钥.setText(密钥);button2.setLabel(解密);button2.addActionListener(new java.awt.event.ActionListener() public void actionPerformed(java.awt.event.ActionEvent evt) try button2ActionPerformed(evt); catch (IOException e) / TODO 自动生成的 catch 块e.printStackTrace(););javax.swing.GroupLayout layout = new javax.swing.GroupLayout(getContentPane();getContentPane().setLayout(layout);layout.setHorizontalGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.LEADING).addGroup(layout.createSequentialGroup().addGap(127, 127, 127).addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.TRAILING).addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.LEADING).addComponent(textArea1,javax.swing.GroupLayout.Alignment.TRAILING,javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,124,Short.MAX_VALUE).addGroup(layout.createSequentialGroup().addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.LEADING).addGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.TRAILING,layout.createSequentialGroup().addPreferredGap(javax.swing.LayoutStyle.ComponentPlacement.RELATED).addComponent(内容,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE,38,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE).addComponent(密钥,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE,javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE).addGap(2,2,2).addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.LEADING).addComponent(textField1,javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,84,Short.MAX_VALUE).addComponent(textField2,javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,84,Short.MAX_VALUE).addGroup(layout.createSequentialGroup().addComponent(button1,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE,javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE).addPreferredGap(javax.swing.LayoutStyle.ComponentPlacement.RELATED).addComponent(button2,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE,javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE).addGap(149, 149, 149);layout.setVerticalGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.LEADING).addGroup(layout.createSequentialGroup().addGap(29, 29, 29).addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.TRAILING).addComponent(textField1,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE,javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE).addComponent(内容,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE,javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE).addPreferredGap(javax.swing.LayoutStyle.ComponentPlacement.RELATED).addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.LEADING).addComponent(密钥,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE,javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE).addComponent(textField2,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE,javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE).addPreferredGap(javax.swing.LayoutStyle.ComponentPlacement.RELATED).addGroup(layout.createParallelGroup(javax.swing.GroupLayout.Alignment.TRAILING).addComponent(button2,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE,javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE).addComponent(button1,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE,javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE).addPreferredGap(javax.swing.LayoutStyle.ComponentPlacement.RELATED).addComponent(textArea1,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE,javax.swing.GroupLayout.DEFAULT_SIZE,javax.swing.GroupLayout.PREFERRED_SIZE).addContainerGap(91, Short.MAX_VALUE);pack();/ /GEN-END:initCompo