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利用密码技术或者专门的随机数产生算法产生随机数，并对产生的随机数进行统计分析.doc

发布时间：2022-06-06 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.53M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    云南大学软件学院 实验报告 课程：信息安全技术技术实验 学期： 任课教师： 许红星 专业： 信息安全 学号： 姓名： 成绩： 实验 2 随机数产生 一、 实验内容 利用密码技术或者专门的随机数产生算法产生随机数，并对产生的随机数进行统计分析。 二、 实验原理 (一) 本次实验使用了两种方法生成随机数，分别如下： 1、使用 RC4 算法产生随机数： 原理：RC4 算法的原理很简单，包括初始化算法和伪随机子密码生成算法两大部分。在初 始化的过程中，密钥的主要功能是将 S-box 搅乱，i 确保 S-box 的每个元素都得到处理，j 保证 S-box 的搅乱是随机的。而不同的 S-box 在经过伪随机子密码生成算法的处理后可以得 到不同的子密钥序列，并且，该序列是随机的。 详细代码请见代码附录。 2、使用 rand 函数生成随机数： rand 函数不是真正的随机数生成器，而 srand()会设置供 rand()使用的随机数种子。如果你在 第一次调用 rand()之前没有调用 srand()，那么系统会为你自动调用 srand()。而使用同种子相 同的数调用 rand()会导致相同的随机数序列被生成。 因此，在这个实验中，我使用了时间作为随机数种子，时间时刻在变化，因此每次生成的 随机数都是不同的 详细代码请见代码附录。 (二) 生成的随机数序列，我采用了 matlab 对随机数进行统计分析。 三、 实验步骤 (一) 我使用 RC4 加密过程产生的密钥流即为产生的随机数，文件有多大就会产生多少个随 机数，这里我产生了 100 个随机数,如图 1 所示： 图 1 使用 RC4 产生 100 个随机数 1
    对这 100 个随机数使用 matlab 进行分析可得到的 100 随机数的产生序列图，如图 2 所示 图 2 RC4 生成的 100 个随机数的序列图 由这个序列图，我们能清晰地看到这 100 个随机数的分布情况，具有完全的随机性，没有 出现周期性的变化； (二) 使用 RC4 加密过程产生的密钥流即为产生的随机数，文件有多大就会产生多少个随机 数，这里我产生了 500 个随机数,如图 3 所示： 2
    图 3 使用 RC4 产生 500 个随机数 对这 500 个随机数使用 matlab 进行分析可得到的 500 随机数的产生序列图，如图 4 所示； 3
    图 4 RC4 生成的 500 个随机数的序列图 这 500 个随机数大小是 0 到 256；它们的分布有图 2 所示，是完全随机的，不会出现某种规 律，也不会过了一段就重复。 (三) 使用 rand 函数产生 100 个随机数，使用时间作为种子，产生结果如图 5 所示； 对这 100 个随机数使用 matlab 进行分析可得到的 100 随机数的产生序列图，如图 6 所示； 图 5 使用 Rand 函数产生 100 个随机数 4
    图 6 RC4 生成的 100 个随机数的序列图 由这个序列图，我们能清晰地看到这 100 个随机数的分布情况，具有完全的随机性，没有 出现周期性的变化；前面一段是产生随机数成增大的趋势，增大到了一定程度，整体又是 减小的趋势，由于只有 100 个，看不出后面的变化，下面产生更多的随机数。 (四) 使用 rand 函数产生 500 个随机数，使用时间作为种子，产生结果如图 7 所示； 图 7 使用 Rand 函数产生 500 个随机数 5
    对这 500 个随机数使用 matlab 进行分析可得到的 500 随机数的产生序列图，如图 8 所示； 图 8 RC4 生成的 500 个随机数的序列图 这 500 个随机数大小是 1 到 100；它们的分布有图 8 所示，是完全随机的，不会出现某种规 律，也不会过了一段就重复。在 四、 实验总结 在这个实验中，通过分别使用两种方法：RC4 密码算法和 rand 函数方法，分别产生 100 和 500 个随机数，两种方法都能产生随机性较好的随机数。然后我通过 matlab 分析产生的随 机数的随机性，发现随机数的随机性都是随机的，没有出现周期性的重复现象。 6
    代码附录： 一、RC4 算法产生的随机密钥流算法： #include #include #include #include //交换函数。 void swap(unsigned char a[], unsigned char b[]) { unsigned char temp; temp = *a; *a = *b; *b = temp; } //RC4 初始化，也就是进行 S 的初始化和初始置换。 void Initial_RC4(unsigned char key[], unsigned char S[], unsigned long { key_len) int i, j; unsigned char temp = 0; unsigned char T[257]; //S 初始化 for (i = 0; i < 256; i++) { S[i] = i; T[i] = key[i%key_len]; } //S 初始置换 for (i = 0, j = 0; i < 256; i++) { j = (j + S[i] + T[i]) % 256; swap(&S[i], &S[j]); } } //RC4 的加解密函数：加密是传入的明文异或密钥流，解密是传入的密文异或密钥流 void Encrypt_Decrypt_RC4(unsigned char S[], unsigned char p[], unsigned char c[], unsigned long len) { int i = 0, j = 0, t = 0; unsigned long k = 0; unsigned char temp = 0; printf("\n 产生的随机数：\n"); for (k = 0; k < len; k++) { 7
    i = (i + 1) % 256; j = (j + S[i]) % 256; swap(&S[i], &S[j]); t = (S[i] + S[j]) % 256; printf("%d ", S[t]); c[k] = p[k] ^ S[t]; } //产生的密钥流 S[t] } //主函数：选择进行加密(e)还是解密(d)，输入密钥，输入两个文件名，打开文件进行加密或解密， 写明文或密文进文件。 int main(int argc, char* argv[]) { //指向明文的指针 //用于保存明文长度 unsigned char key[256] = { 0 };//保存输入的密钥 unsigned char S[257] = { 0 };//用于 S 的初始化和初始置换。 unsigned char *p = 0; unsigned char *c = 0; //指向密文的指针 unsigned long len = 0; unsigned long key_len = 0; //密钥长度 char sw; char inputfilepath[30], outputfilepath[30]; //保存两个文件路径 FILE *fp = NULL, *fp2 = NULL; //文件指针 clock_t start, end; //时钟，用于计算加解密花费的时间。 //用于用户选择进行加密还是解密 if (argv[1] == NULL) { printf("------------ RC4 file encrypt or decrypt(by ) printf("input order:\n-e(encrypt) or -d(decrypt) ------------\n"); key(0-255 字节) inputfile outputfile : \n"); } return 0; //scanf("%c", &sw); //getchar(); //scanf("%s", &key); //scanf("%s", inputfilepath); //scanf("%s", outputfilepath); //输入文件路径及文件名 key_len = strlen(argv[2]); p = (unsigned char *)malloc((1048576)*sizeof(unsigned char)); c = (unsigned char *)malloc((1048576)*sizeof(unsigned char)); //申请 1M 的空间存储明密文 int i = 0; switch (argv[1][1]) { //选择进行哪种操作 8
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