开题报告
题目名称 题目来源 A DES算法在加/解密系统中的设计与实现 题目类型 2 导师姓名 曹烨 学生姓名 管碧强 班级学号 1003050412 专 业 计算机科学与技术 具体内容（课题背景和意义、国内外研究现状、课题主要内容、课题研究方案、日程安排、参考文献） 1 课题背景和意义 DES是对称密钥分组密码的一个典型代表，美国国家标准局于1997年公布了由IBM公司研制的一种加密算法，批准把它作为非机要部门使用的数据加密标准，简称 DES，DES是 Data Encryption Standard 的缩写。自从公布以来，它一直广泛用于国际上商用保密通信和计算机通信，但由于弱密钥的问题和新的攻击手段不断出现(差分攻击、线性攻击)，单纯的DES加密已经很少用于实际，更多的情况下是采用增加密钥长度和多重DES加密的办法。 DES算法具有极高安全性，到目前为止，除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外，还没有发现更有效的办法。而56位长的密钥的穷举空间为256，这意味着如果一台计算机的速度是每一秒钟检测一百万个密钥，则它搜索完全部密钥就需要将近2285年的时间，可见这是难以实现的，当然随着科学技术的发展，当出现超高速计算机后，我们可考虑把DES密钥的长度再增长一些，以此来达到更高的保密程度。 DES( Data Encryption Standard)算法是一种用56位密钥来加密位数据的方法，虽然56位密钥的DES算法已经风光不在,而且常有用DES加密的明文被破译的报道,但是了解一下昔日美国的标准加密算法总是有益的,而且目前DES算法得到了广泛的应用,在某些场合仍然发挥着余热[1]。 2 国内外研究现状 国外目前不仅在密码基础理论方面的研究做的很好，而且在实际应用方面也做的非常好，制定了一系列的密码标准，特别规范。算法的征集和讨论都已经公开化，但密码技术作为一种关键技术，各国都不会放弃自主权和控制权，都在争夺霸权地位。美国征集AES的活动就充分体现了这一点，欧洲和日本就不愿意袖手旁观，他们也采取了相应的措施，其计划比美国更宏大，投资力度更大[2]。 我国在密码基础理论的某些方面的研究做的很好，但在实际应用方面与国外的差距较大，没有自己的标准，也不规范。 目前最为人们所关注的实用密码技术是PKI技术。国外的PKI应用已经开始，开发PKI 1
的厂商也有多家，许多厂家如Baltimore,Entrust等推出了可以应用的PKI产品，有些公司如VerySign等已经开始提供PKI服务。网络许多应用正在使用PKI技术来保证网络的认证、加解密和密钥管理等。尽管如此，总的说来PKI技术仍在发展中。按照国外一些调查公司的说法，PKI系统仅仅还是在做示范工程。IDC公司的Internet安全资深分析家认为：PKI技术将成为所有应用的计算基础结构的核心部件，包括那些越出传统网络界限的应用。B2B电子商务活动需要的认证、不可否认等只有PKI产品才有能力提供这些功能[2，3]。 目前国际上对非数学的密码理论与技术（包括信息，量子密码，基于生物特征的识别理论与技术等）非常关注，讨论也非常活跃。信息隐藏将在未来网络中保护信息免于破坏起到重要作用，信息隐藏是网络环境下把机密信息隐藏在大量信息中不让对方发觉的一种方法。特别是图象叠加、数字水印、潜信道、隐匿协议等的理论与技术的研究已经引起人们的重视。1996年以来，国际上召开了多次有关信息隐藏的专业研讨会。基于生物特征（比如手形、指纹、语音、视网膜、虹膜、脸形、DNA等）的识别理论与技术已有所发展，形成了一些理论和技术，也形成了一些产品，这类产品往往由于成本高而未被广泛采用。1969年美国哥伦比亚大学的Wiesner创造性地提出了共轭编码的概念，遗憾的是他的这一思想当时没有被人们接受。十年后，源于共轭编码概念的量子密码理论与技术才取得了令人惊异的进步，已先后在自由空间和商用光纤中完成了单光子密钥交换协议，英国BT实验室通过30公里的光纤信道实现了每秒20k比特的密钥分配。近年来，英、美、日等国的许多大学和研究机构竞相投入到量子密码的研究之中，更大的计划在欧洲进行。到目前为止，主要有三大类量子密码实现方案：一是基于单光子量子信道中测不准原理的；二是基于量子相关信道中Bell原理的；三是基于两个非正交量子态性质的。但有许多问题还有待于研究，比如寻找相应的量子效应以便提出更多的量子密钥分配协议，量子加密理论的形成和完善，量子密码协议的安全性分析方法研究，量子加密算法的开发，量子密码的实用化等。总的来说，非数学的密码理论与技术还处于探索之中[3,4]。 3 课题主要内容 3.1 DES算法加密/解密原理 采用单钥密码系统的加密方法，同一个密钥可以同时用作信息的加密和解密，这种加密方法称为对称加密，也称为单密钥加密。由于其速度，对称性加密通常在消息发送方需要加密大量数据时使用[5]。 对称加密算法是应用较早的加密算法，技术成熟。在对称加密算法中，数据发信方将明文（原始数据）和加密密钥一起经过特殊加密算法处理后，使其变成复杂的加密密文发送出去。收信方收到密文后，若想解读原文，则需要使用加密用过的密钥及相同算法的逆算法对 2
密文进行解密，才能使其恢复。在对称加密算法中使用的密钥只有一个，发收信双方都使用这个密钥对数据进行加密和解密，这就要求解密方事先必须知道加密密钥。在计算机专网系统中广泛使用的对称加密算法有DES、IDEA和AES[7]。 3.2 DES算法加密/解密流程 数据加密算法（Data Encryption Algorithm，DEA）的数据加密标准（Data Encryption Standard，DES）是规范的描述，它出自IBM的研究工作，并在1997年被美国正式采纳，它很可能是使用最广泛的密钥系统，特别是在保护金融数据的安全中，最初开发的DES是嵌入硬件中的，通常自动取款机（Automated Teller Machine，ATM）都使用DES[8]。DES使用一个56位的密钥以及附加的8位奇偶校验位，产生最大位的分组大小，这是一个迭代的分组密码，使用称为Feistel的技术，其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，这一过程会继续下去，但最后一个循环不交换。DES使用16个循环3.3 对DES算法的攻击 攻击DES的主要形式被称为蛮力的或彻底密钥搜索，即重复尝试各种密钥直到有一个符合为止。如果DES使用56位密钥，则可能的密钥数量是2的56次方个。随着计算机系统能力的不断发展，DES的安全性比它刚出现时会弱得多，然而从非关键性质的实际出发，仍可以认为它是足够安全的[11]。 3.4 设计实现一个DES加密/解密系统 本课题通过对DES分组对称密钥密码算法基本原理的分析，设计并实现一个加密/解密系统。该系统可以对输入的任意长度、任意形式的明文信息（包括字符、数字、汉字、文件等）进行加密和解密；可以对不够一个分组长度的明文序列可以进行有效地填充。 4 课题研究方案 本课题以对明文信息加密解密为研究对象，对DES进行理论与实际上的研究和分析。在理解算法的基础上，在Visual C++6.0环境下编程实现对明文信息的加密与解密，并做一个简单的操作界面以实现上述功能。 5 日程安排 2月24日～3月9日： 分析题目,查阅相关资料,确定研究方案 3月10日～3月30日：系统整体设计 3月31日～5月11日：系统详细设计，实现系统整体功能 5月12日～5月18日：系统测试 5月19日～ 6月6日：完成论文撰写，准备答辩
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[9,10]。 6 参考文献 [1]吴世忠，祝世雄，张文正.Bruce Schneier 应用密码学[M].机械工业出版社，2000. [2]Atul Kahate.密码学与网络安全[M].金名等译。北京：清华大学出版社，2009. [3]Marc.网络安全与数据完整性指南[M].北京：机械工业出版社，1998. [4]贾晶.安全与保密[M].北京：清华大学出版社，1982. [5]数据加密[EB/OL]http://www.reader8.cn/exam/200811350.html，2008. [6]Willian Stalling.密码编辑学与网络安全[M].北京：电子工业出版社，1999. [7]解义刚.教学机房管理初探[J].长江工程职业技术学院学报，2004. [8]郭旭鸣，梁金丽.硬盘保护技术与硬盘克隆技术的应用[J].电脑知识与技术，2004. [9]http://finance.sina.com.cn/roll/20050704/0919174021.shtml. [10]Rigney C,Rubens A, Simpon W,etal.RADIUS.RFC2138,1997-04. [11]802-1x-d11.pdf.http://www.ieee802.org/mirror/8021/xdrafts/d11/802-1x-d11.pdf,2001-03. 指导教师意见 学院意见 指导教师(签字): 年 月 日
学院院长(签字): 年 月 日
填表说明: 题目类型: 1、工程设计； 2、应用研究； 3、理论研究； 4、其它；（选1、2、3、4）。
题目来源: A、自拟课题； B、民用科研课题；C、国防科研课题；（选A、B、C）。 开题报告内容使用宋体小四字号。
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