《信息安全、DES和AES加密解密》课程设计

信息安全概论院（系）：专业班级：姓名：学号：日期：地点：指导教师：成绩：一、课程设计目标1.通过信息安全课程设计，能够增强我们对信息安全的认识，更加牢固的掌握信息安全概论相关知识。

2.综合运用学习到的理论知识，提高实践能力。

3.通过小组讨论形式对任务进行分解，提出实现方案，制定计划，小组成员分工协作，共同完成课程设计题目，培养团队合作能力。

4.运用熟悉的程序语言编写程序，增强对程序语言的运用。

5.课程设计期间，通过对问题的分析查找资料，培养资料查询以及运用现代信息技术获取相关信息并进行归纳总结的基本能力。

6.与同学讨论，互相学习，提升个人学习能力。

二、课程设计内容1课程设计的内容1.1确定课程设计方向：经过小组成员的商讨，确定了使用c#语言，编写一个对文件进行加密加密的小程序，运用DES算法，实现对文件的加密解密后，再添加一些小的功能，用AES算法，实现对字符串的加密解密。

1.2 查阅资料：通过查找文件加解密的资料以及查阅了相关的加密解密算法，学习了对文件加密解密的基本思路，与实现方法。

1.3界面设程序计：设计一个整体界面，有三个按钮，其中两个分别实现对应文件的加密解密和字符串的加密解密，还有一个退出程序功能按钮。

1.4程序设计：有了思路和方法，接着就借助c#语言分别实现对文件的加密解密，以及对字符串的加密解密小程序。

1.5 后期调试：程序实现后，对其进行调试，发现不合适的地方及时纠正。

1.6完成课程设计：写课程设计报告，完成课程设计。

2原理介绍2.1 DES加密原理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 64 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，使用异或，置换，代换，移位操作四种基本运算。

本程序中运用DESCryptoServiceProvider类的部分属性或方法，从而达到使用des加密解密的目的。

2.1 RSA加密原理RSA公开密钥密码体制。

所谓的公开密钥密码体制就是使用不同的加密密钥与解密密钥，是一种“由已知加密密钥推导出解密密钥在计算上是不可行的”密码体制。

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。

虽然秘密密钥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。

RSA算法是第一个能同时用于加密和数字签名的算法，也易于理解和操作。

RSA是被研究得最广泛的公钥算法，从提出到现今的三十多年里，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受，普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。

3开发环境及技术介绍3.1 开发环境：Microsoft Visual Studio 2008Microsoft Visual Studio 2008是面向Windows Vista、Office 2007、Web 2.0的下一代开发工具，代号“Orcas”，是对Visual Studio 2005一次及时、全面的升级。

VS2008引入了250多个新特性，整合了对象、关系型数据、XML的访问方式,语言更加简洁。

使用Visual Studio 2008可以高效开发Windows应用。

设计器中可以实时反映变更,XAML中智能感知功能可以提高开发效率。

同时Visual Studio 2008支持项目模板、调试器和部署程序。

Visual Studio 2008可以高效开发Web应用，集成了AJAX 1.0，包含AJAX项目模板，它还可以高效开发Office 应用和Mobile应用。

3.2 引用命名空间以及相关类命名空间：System.IO 命名空间包含允许读写文件和数据流的类型以及提供基本文件和目录支持的类型。

System.Security.Cryptography 命名空间提供加密服务，包括对数据进行安全的编码和解码以及许多其他操作，如散列运算、随机数生成和消息验证等。

相关类：FileStream 类，是公开以文件为主的Stream，既支持同步读写操作，也支持异步读写操作。

CryptoStream的任何加密对象可以和实现Stream 的任何对象链接起来，因此一个对象的流式处理输出可以馈送到另一个对象的输入。

不需要分别存储中间结果（第一个对象的输出）。

DESCryptoServiceProvider类，该类定义访问数据加密标准（DES）算法的加密服务提供程序（CSP）版本的包装对象。

4系统主要函数介绍（代码加上详细注释）4.1 DES对文件加密解密程序的主要函数：//产生随机Byte数组用作IV初始向量private static RandomNumberGenerator rand = new RNGCryptoServiceProvider();private byte[] IV = GenerateRandomBytes(16);//产生随机数组private static byte[] GenerateRandomBytes(int count){byte[] bytes = new byte[count];rand.GetBytes(bytes);return bytes;}private void btnSelectFile_Click(object sender, EventArgs e)//选择文件路径{openFileDialog1.FileName = "";if (openFileDialog1.ShowDialog() == System.Windows.Forms.DialogResult.OK) {txtFileName.Text = openFileDialog1.FileName;}}private void btnEncryptFile_Click(object sender, EventArgs e)//加密事件{string inFile = txtFileName.Text;string outFile = inFile + ".dat";string word = txtPassword.Text + "*******";if (word == "*******"){MessageBox.Show("请输入密码！");return;}string str = word.Substring(0, 8);byte[] password = Encoding.ASCII.GetBytes(str);try{EncryptData(inFile, outFile, password, IV);File.Delete(inFile);//删除加密前的文件txtFileName.Text = string.Empty;MessageBox.Show("加密成功");}catch (Exception ex){MessageBox.Show(ex.Message);}}private void btnDecryptFile_Click(object sender, EventArgs e)//解密事件 {string inFile = txtFileName.Text;string outFile = null;if (inFile.Length != 0)outFile = inFile.Substring(0, inFile.Length - 4);else{MessageBox.Show("空路径名师非法的，请选择文件路径！");return;}string word = txtPassword.Text + "*******";//密码不足八位时，补足八位if (word == "*******"){MessageBox.Show("请输入密码！");return;}string str = word.Substring(0, 8);byte[] password = Encoding.ASCII.GetBytes(str);try{DecryptData(inFile, outFile, password, IV);File.Delete(inFile);//删除解密前的文件txtFileName.Text = string.Empty;MessageBox.Show("解密成功");}catch (Exception ex){File.Delete(outFile);MessageBox.Show(ex.Message);return;}}//DES加密算法private static void EncryptData(String inName, String outName, byte[] desKey, byte[] desIV){//创建文件流处理文件信息FileStream fin = new FileStream(inName, FileMode.Open, FileAccess.Read);FileStream fout = new FileStream(outName, FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.Write); fout.SetLength(0);byte[] bin = new byte[100]; //暂时存储读取的数据long rdlen = 0; //写入到文件中的总长度long totlen = fin.Length; //读取的文件的总长度int len; //一次写入的长度DES des = new DESCryptoServiceProvider();CryptoStream encStream = new CryptoStream(fout, des.CreateEncryptor(desKey, desIV),CryptoStreamMode.Write);//读取传入文件，并将信息加密写入到传出文件中while (rdlen < totlen){len = fin.Read(bin, 0, 100);encStream.Write(bin, 0, len);rdlen = rdlen + len;}encStream.Close();fout.Close();fin.Close();}///解密算法private static void DecryptData(String inName, String outName, byte[] desKey, byte[] desIV) {FileStream fout=null;FileStream fin=null;CryptoStream encStream=null;try{//创建文件流处理文件信息fin = new FileStream(inName, FileMode.Open, FileAccess.Read);fout = new FileStream(outName, FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.Write);fout.SetLength(0);byte[] bin = new byte[100]; //暂时存储读取的数据long rdlen = 0; //写入到文件中的总长度long totlen = fin.Length; //读取的文件的总长度int len; . //一次写入的长度DES des = new DESCryptoServiceProvider();encStream = new CryptoStream(fout, des.CreateDecryptor(desKey, desIV),CryptoStreamMode.Write);//读取传入文件，并将加密信息写入到传出文件中while (rdlen < totlen){len = fin.Read(bin, 0, 100);encStream.Write(bin, 0, len);rdlen = rdlen + len;}encStream.FlushFinalBlock();}catch{ }finally{fout.Close();fin.Close();encStream.Close();}}4.2 RSA加密解密字符串程序的主要代码：private void buttonEncrypt_Click(object sender, EventArgs e)//点击“加密”{textBoxEncrypted.Text = RSAEncrypt(textBoxInput.Text);}private void buttonDecrypt_Click(object sender, EventArgs e)//点击“解密”{textBoxDecrypted.Text = RSADescrpt(textBoxEncrypted.Text);}//使用RSA算法进行加密private string RSAEncrypt(string text){//从密钥容器中取出密钥提供器RSACryptoServiceProvider rsa = GetRSAProviderFromContainer("rsa1");byte[] bytes = Encoding.Unicode.GetBytes(text);byte[] encryptedData = rsa.Encrypt(bytes, true);//将数据进行加密工作return Convert.ToBase64String(encryptedData);//将加密后的字符数组转换成字符串}//使用RSA算法进行解密private string RSADescrpt(string text){//从密钥容器中取出密钥提供器RSACryptoServiceProvider rsa = GetRSAProviderFromContainer("rsa1");//将要进行解密的字符串转换成字符数组byte[] encryptedData = Convert.FromBase64String(text);//将加密数据encryptedData进行解密并将结果保存到decryptedData中byte[] decryptedData = rsa.Decrypt(encryptedData, true);//将解密后的字符数组转换成字符串return Encoding.Unicode.GetString(decryptedData);}//获取初始化RSA对象private static RSACryptoServiceProvider GetRSAProviderFromContainer(string containerName)//<containerName>密钥容器名{CspParameters cp = new CspParameters();//将 ProviderType初始化为值24，该值指定PROV_RSA_AES提供程序cp.ProviderType = 24;//如果不存在名为containerName的密钥容器，则创建之，并初始化cp//如果存在，则直接根据它保存的内容初始化cpcp.KeyContainerName = containerName;RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider(cp);return rsa;}//导出密钥private void buttonExportKey_Click(object sender, EventArgs e){RSACryptoServiceProvider rsa = GetRSAProviderFromContainer("rsa1");string rsaKeyInfo = rsa.ToXmlString(true);System.IO.File.WriteAllText("keyinfo.txt", rsaKeyInfo);MessageBox.Show("密钥信息成功导出到‘keyinfo.txt’中，请妥善保存该文件！"); }//导入密钥private void buttonImprotKey_Click(object sender, EventArgs e){//保存不对称密钥到密钥容器SaveKeyInfoToContainer("rsa1");MessageBox.Show("导入成功！");}//将密钥信息保存到密钥容器中private static void SaveKeyInfoToContainer(string containerName){CspParameters cp = new CspParameters();//将 ProviderType初始化为值24，该值指定PROV_RSA_AES提供程序cp.ProviderType = 24;cp.KeyContainerName = containerName;string rsaKeyInfo = System.IO.File.ReadAllText("keyinfo.txt");RSACryptoServiceProvider rsa = new RSACryptoServiceProvider(cp); rsa.FromXmlString(rsaKeyInfo);//true表示将密钥永久驻留在csp中，false表示从密钥容器中删除该密钥 rsa.PersistKeyInCsp = true;}5系统运行效果（截图）5.1运行效果图：整体界面：字符串加解密界面：文件加密解密界面：5.2对文件加解密程序进行测试：选择文件对文件进行加密：选择文件，进行解密：解密成功之后，文件可以正常打开显示内容。