实验03-2018级信安3-4班1

《实验03-2018级信安3-4班1》的目的是让学生深入理解分组密码技术，特别是高级加密标准（AES）算法。AES是目前广泛应用的分组密码算法，它在信息安全领域扮演着至关重要的角色。实验涵盖了以下几个核心知识点： 1. **分组密码基本概念**：分组密码是一种对固定长度数据块进行加密和解密的算法。它的工作原理是将明文数据分成固定大小的块，然后对每个块应用相同的加密过程。这与流密码不同，流密码是对单个比特或字节进行加密。 2. **AES算法**：AES是由NIST（美国国家标准和技术研究所）在2001年采纳的加密标准，取代了之前的DES。AES有128、192和256位三种密钥长度，其加密过程由多个相同的轮函数组成，包括子密钥生成、字节替代（S盒变换）、行移位、列混合和轮密钥加。 3. **AES的安全性**：AES因其复杂的数学结构和大量的轮数（10轮、12轮或14轮），被认为在当前技术水平下是安全的。它在安全性方面的主要威胁来自量子计算的发展，但尚未被实际攻破。 4. **AES工作模式**：除了基本的ECB（电子密码本）模式，还有CBC（密文链接）、CFB（密文反馈）、OFB（输出反馈）和CTR（计数器）等模式。这些模式允许分组密码应用于不同场景，如连续数据的加密，以及提供数据完整性。 5. **AES的基本运算**： - **GF(2^8)上的加法**：在AES中，加法是按位异或操作，可以通过编程语言如C、Java中的^运算符实现。 - **GF(2^8)上的多项式加法**：同样也是按位异或，但涉及多项式表示，可使用位运算实现。 - **GF(2^8)上的乘法**：包括基于xtime运算的快速实现和生成元快速实现。前者通过移位和条件异或，后者利用循环群的性质将乘法转换为整数加法。 实验要求学生不仅理解这些概念，还要能够手动计算或编写程序实现这些运算。此外，思考在不同CPU架构下，各种表示方法的执行速度差异，以及如何通过预计算和造表优化算法效率，体现了理论知识与实践能力的结合。 在Windows操作系统环境下，使用高级编程语言，如C++或Python，进行AES算法的实现和优化，有助于加深对加密原理的理解，同时提升编程技能。通过这个实验，学生将具备处理和保护敏感数据的基本能力，为未来的信息安全职业生涯打下坚实基础。