密码学课程设计

1、信息安全技术应用实践课程设计报告设计题目 信息的安全传递专业名称： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 2014年7月 目录一、引言3二、设计方案31.安全需求32.概要设计3 3.详细设计5三、安全性分析7四、运行结果8五、总结13参考文献13一、引言对于信息安全问题，经常出现QQ被盗号骗取财物等案件的出现。信息的安全性十分重要，尤其是一些个人的隐私。人们也越来越重视信息的安全传递，所以设计出一个安全传递信息的系统刻不容缓。所以在此次课程设计我设计了一个信息传递系统，此系统是基于JAVA应用程序开发的，结合密码学的加密算法实现。其主要特性是安全的完成信息的传递。二、设计方案1.安全需求

2、1）.服务器端每一客户口令安全存储（口令保护）2）.对所有通信内容用分组密码以计数器模式进行加密3）.对所有的通信内容用认证码（MAC）进行完整性检验4）.服务器对每个客户进行身份认证5）.服务器端抗重放攻击2概要设计1. (BrokerGUI)发送代理端代替发送者进行内部操作，它设置了与服务端的共享密钥、实现共享口令的加密密钥的加密、随机密钥的加密，、文件的加密、消息的验证。工作进程：假设口令“sharedPwd”为代理与授权服务器共享口令1） 用“sharedPwd”生成加密密钥“K-BC”，以及MAC密钥“K-MAC”2） 随机生成一个密钥“K”；并且用“K”生成一个新的加密密钥“K-t

3、emp”和一个新的MAC密钥“K-MAC-temp”。3） 对输入文件内容进行加密和计算MAC E K-temp, file contents | MAC K-MAC-temp, E K-temp, file contents 4） 对新的密钥“K”进行加密和计算MACE K-BC, K | MAC K-MAC, E K-BC, K 5） 输出所有上述信息2.（BrokerClient）接收代理端应该设置自己的用户名和密码，且要发防重放的随机数。与服务器端建立通信通道，向服务器端发送加密后的信息。对方接收来自服务器的信息。相对服务器而言，接收端的任务主要就是保证消息的安全性、保密性、完整性等。

4、1) 用“用户口令”生成加密密钥“K-BC-user”，以及MAC密钥“K-MAC-user1”；2）接收端提供给服务器R |user1 | MAC K-MAC-user1, R | user1 这里R是一个随机数，user1为用户名3）接收端从服务器获得 E K-BC-user1, K | MAC K-MAC-user1, E K-BC-user1, K 解密得“K”，并计算出加密密钥“K-temp”和一个新的MAC密钥“K-MAC-temp”。解密和验证“file contents”。3.AuthorityServer）服务端实现发送代理端和接收代理端之间的连接，是一个中转站。服务器接受和

5、发送的信息都是加密的，保证了消息的安全性。服务端实现对了发送代理端的消息认证，实现接收代理端的用户身份认证，对密钥的解密和加密，实现了防重放攻击。工作进程：1） 服务器解密得“K”，并且确认“K”的完整性；2） 检验用户名，解密“R”并验证它们的完整性；3） 选取新的密钥“K”，并且加密“K”及计算“K”的MAC： E K-BC-user1, K | MAC K-MAC-user1, E K-BC-user1, K 发送给用户3.详细设计 选择AES加密算法，密钥长度为128位。随机密钥K的实现方法：public static byte initKey() throws Exception /

6、 实例化KeyGenerator kgen =KeyGenerator.getInstance(AES);/ 设置密钥长度kgen.init(128);/ 生成密钥SecretKey skey = kgen.generateKey();/ 返回密钥的二进制编码return skey.getEncoded();共享口令生成密钥的实现方法：public static byte sharepwd() throws ExceptionFileInputStream f1=new FileInputStream(pwd.txt);int num1=f1.available();byte kb1=new

7、bytenum1;f1.read(kb1);return kb1;用HmacMD5算法计算出加密密钥的实现方法：SecretKeySpec k1 = new SecretKeySpec(k, HMACMD5);Mac m1 = Mac.getInstance(HmacMD5);m1.init(k1);String x1 = yl;m1.update(x1.getBytes(UTF8);byte s1 = m1.doFinal();SecretKeySpec KBC = new SecretKeySpec(s1, AES);用相同的方法产生加密所使用到的IV。指定一个字符串比如”ivkey”。S

8、tring ivkey = ivkey;SecretKeySpec k2 = new SecretKeySpec(k, HMACMD5);Mac m2 = Mac.getInstance(HmacMD5);m2.init(k1);m2.update(ivkey.getBytes(UTF-8);byte s2 = m2.doFinal();/ 生成初始化向量IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(s2);验证信息的完整性，传输信息的同时加上消息认证码MAC，防止消息被人串改。对于MAC的产生使用相同的方法。指定一个字符串”mackey”。String m

9、ackey = mackey;SecretKeySpec k3 = new SecretKeySpec(k, HMACMD5);Mac m3 = Mac.getInstance(HmacMD5);m3.init(k3);m3.update(ivkey.getBytes(UTF-8);byte mac = m3.doFinal();有了IV和加密消息的密钥。对消息进行加密。使用AES/CTR/NoPadding模式。Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES/CTR/NoPadding);cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, KBC,

10、 iv);byte bytOut = cipher.doFinal(bytIn);byte bytOut2 = m3.doFinal();用同样的方法生成同样的iv去解密：Cipher cipher=Cipher.getInstance(AES/CTR/NoPadding); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, KBC,iv); / 写文件 byte bytOut = cipher.doFinal(bytIn); byte bytOut2 = m3.doFinal();3、 安全性分析 口令和密钥都进行加密，以及 MAC进行消息验证与身份认证。对接收端，用随机数的

11、方法，验证接收端的完整性，检查其用户名、解密其R只有服务器认证了接收端才发送加密的随机密钥材料(K)给接收端。然后接收端通过自己的密钥解密K，并生成K-temp然后去解密密文。攻击的复杂度依赖于分组长度和密钥长度,AES算法的密钥长度最小是128比特,因此,Rijndael算法对强力攻击是免疫的。对口令加密保存、用分组密码以计数器模式进行加密、对所有的通信内容用认证码（MAC）进行完整性检验、服务器对每个接收端进行身份认证、服务器端抗重放攻击等安全需求。四、设计成果 1、BrokerGUI图1图2 2.AuthorityServer图4 3.BrokerClient图74. BrokerCli

12、ent（解密）图10图11六、总结在刚开始课程设计时，对于题目不是很了解，通过老师的讲解，对题目开始有初步的认识。之后查找资料，对于题目有了整体的认识，建立一个传递信息的平台，主要的要求是安全性。有3个端口，实现信息的加密解密，消息完整性检查，消息的抗重放。平台设计时最主要的是把信息加密从发送端传入服务器，服务器再传到接收端。在原有的框架上，实现对信息的安全性要求。首先是加密算法，寻找符合要求的算法，并把这些算法加入到程序中。最难的就是把算法与原有程序代码结合调试的过程。通过此次课程设计，我熟悉了java是如何实现通讯的。还加深了对密码学的加密解密算法以及认证与验证过程的理解。经过查阅资料、询问老师还有同学的讨论，最终可以实现简单的消息安全传递。这个简单的平台还有许多不足之处，希望在以后能够去完善它。参考文