㈠ 用C或是C++實現明文到密文的轉換
給，已經在VC上編譯運行確認了：
#include<conio.h>
#include<stdio.h>
#define N 20 //暫定密鑰詞最長為20個字元
#define M 100 //暫定輸入明文最長為100個字元
void main()
{
int key[N]={NULL},keylength=0;
int beforeStr[M]={NULL},strlength=0;
int afterStr[M]={NULL};
int i,j;
char ch;
printf("請輸入密鑰單詞: ");
while((ch=getchar())!='\n') key[keylength++]=ch-'a';
printf("請輸入明文: ");
while((ch=getchar())!='\n')
{
if(ch>='a'&&ch<='z')
beforeStr[strlength++]=ch-'a';
else beforeStr[strlength++]=ch-'\0';
}
for(i=0,j=0;i<strlength;i++)
{
if(beforeStr[i]>=0&&beforeStr[i]<=25)
{
afterStr[i]=(beforeStr[i]+key[j%keylength])%26;
j++;
}
else afterStr[i]=beforeStr[i];
}
printf("加密後為: ");
for(i=0;i<strlength;i++)
{
if(afterStr[i]>=0&&afterStr[i]<=25) printf("%c",afterStr[i]+'a');
else printf("%c",afterStr[i]+'\0');
}
getch();
}
㈡ md5 演算法程序+詳細注釋，高分求教！
MD5加密演算法簡介
一、綜述
MD5的全稱是message-digest algorithm 5（信息-摘要演算法），在90年代初由mit laboratory for computer science和rsa data security inc的ronald l. rivest開發出來，經md2、md3和md4發展而來。它的作用是讓大容量信息在用數字簽名軟體簽署私人密匙前被"壓縮"成一種保密的格式（就是把一 個任意長度的位元組串變換成一定長的大整數）。不管是md2、md4還是md5，它們都需要獲得一個隨機長度的信息並產生一個128位的信息摘要。雖然這些 演算法的結構或多或少有些相似，但md2的設計與md4和md5完全不同，那是因為md2是為8位機器做過設計優化的，而md4和md5卻是面向32位的電 腦。這三個演算法的描述和c語言源代碼在internet rfcs 1321中有詳細的描述（http://www.ietf.org/rfc/rfc1321.txt），這是一份最權威的文檔，由ronald l. rivest在1992年8月向ieft提交。
rivest在1989年開發出md2演算法。在這個演算法中，首先對信 息進行數據補位，使信息的位元組長度是16的倍數。然後，以一個16位的檢驗和追加到信息末尾。並且根據這個新產生的信息計算出散列值。後來，rogier 和chauvaud發現如果忽略了檢驗和將產生md2沖突。md2演算法的加密後結果是唯一的--既沒有重復。
為了加強演算法的安全性， rivest在1990年又開發出md4演算法。md4演算法同樣需要填補信息以確保信息的位元組長度加上448後能被512整除（信息位元組長度mod 512 = 448）。然後，一個以64位二進製表示的信息的最初長度被添加進來。信息被處理成512位damg?rd/merkle迭代結構的區塊，而且每個區塊要 通過三個不同步驟的處理。den boer和bosselaers以及其他人很快的發現了攻擊md4版本中第一步和第三步的漏洞。dobbertin向大家演示了如何利用一部普通的個人電 腦在幾分鍾內找到md4完整版本中的沖突（這個沖突實際上是一種漏洞，它將導致對不同的內容進行加密卻可能得到相同的加密後結果）。毫無疑問，md4就此 被淘汰掉了。
盡管md4演算法在安全上有個這么大的漏洞，但它對在其後才被開發出來的好幾種信息安全加密演算法的出現卻有著不可忽視的引導作用。除了md5以外，其中比較有名的還有sha-1、ripe-md以及haval等。
一年以後，即1991年，rivest開發出技術上更為趨近成熟的md5演算法。它在md4的基礎上增加了"安全-帶子"（safety-belts）的 概念。雖然md5比md4稍微慢一些，但卻更為安全。這個演算法很明顯的由四個和md4設計有少許不同的步驟組成。在md5演算法中，信息-摘要的大小和填充 的必要條件與md4完全相同。den boer和bosselaers曾發現md5演算法中的假沖突（pseudo-collisions），但除此之外就沒有其他被發現的加密後結果了。
van oorschot和wiener曾經考慮過一個在散列中暴力搜尋沖突的函數（brute-force hash function），而且他們猜測一個被設計專門用來搜索md5沖突的機器（這台機器在1994年的製造成本大約是一百萬美元）可以平均每24天就找到一 個沖突。但單從1991年到2001年這10年間，竟沒有出現替代md5演算法的md6或被叫做其他什麼名字的新演算法這一點，我們就可以看出這個瑕疵並沒有 太多的影響md5的安全性。上面所有這些都不足以成為md5的在實際應用中的問題。並且，由於md5演算法的使用不需要支付任何版權費用的，所以在一般的情 況下（非絕密應用領域。但即便是應用在絕密領域內，md5也不失為一種非常優秀的中間技術），md5怎麼都應該算得上是非常安全的了。
二、演算法的應用
md5的典型應用是對一段信息（message）產生信息摘要（message-digest），以防止被篡改。比如，在unix下有很多軟體在下載的時候都有一個文件名相同，文件擴展名為.md5的文件，在這個文件中通常只有一行文本，大致結構如：
md5 (tanajiya.tar.gz) =
這就是tanajiya.tar.gz文件的數字簽名。md5將整個文件當作一個大文本信息，通過其不可逆的字元串變換演算法，產生了這個唯一的md5信 息摘要。如果在以後傳播這個文件的過程中，無論文件的內容發生了任何形式的改變（包括人為修改或者下載過程中線路不穩定引起的傳輸錯誤等），只要你對這個 文件重新計算md5時就會發現信息摘要不相同，由此可以確定你得到的只是一個不正確的文件。如果再有一個第三方的認證機構，用md5還可以防止文件作者的 "抵賴"，這就是所謂的數字簽名應用。
md5還廣泛用於加密和解密技術上。比如在unix系統中用戶的密碼就是以md5（或其它類似的算 法）經加密後存儲在文件系統中。當用戶登錄的時候，系統把用戶輸入的密碼計算成md5值，然後再去和保存在文件系統中的md5值進行比較，進而確定輸入的 密碼是否正確。通過這樣的步驟，系統在並不知道用戶密碼的明碼的情況下就可以確定用戶登錄系統的合法性。這不但可以避免用戶的密碼被具有系統管理員許可權的 用戶知道，而且還在一定程度上增加了密碼被破解的難度。
正是因為這個原因，現在被黑客使用最多的一種破譯密碼的方法就是一種被稱為"跑字 典"的方法。有兩種方法得到字典，一種是日常搜集的用做密碼的字元串表，另一種是用排列組合方法生成的，先用md5程序計算出這些字典項的md5值，然後 再用目標的md5值在這個字典中檢索。我們假設密碼的最大長度為8位位元組（8 bytes），同時密碼只能是字母和數字，共26+26+10=62個字元，排列組合出的字典的項數則是p(62,1)+p(62,2)….+p (62,8)，那也已經是一個很天文的數字了，存儲這個字典就需要tb級的磁碟陣列，而且這種方法還有一個前提，就是能獲得目標賬戶的密碼md5值的情況 下才可以。這種加密技術被廣泛的應用於unix系統中，這也是為什麼unix系統比一般操作系統更為堅固一個重要原因。
三、演算法描述
對md5演算法簡要的敘述可以為：md5以512位分組來處理輸入的信息，且每一分組又被劃分為16個32位子分組，經過了一系列的處理後，演算法的輸出由四個32位分組組成，將這四個32位分組級聯後將生成一個128位散列值。
在md5演算法中，首先需要對信息進行填充，使其位元組長度對512求余的結果等於448。因此，信息的位元組長度（bits length）將被擴展至n*512+448，即n*64+56個位元組（bytes），n為一個正整數。填充的方法如下，在信息的後面填充一個1和無數個 0，直到滿足上面的條件時才停止用0對信息的填充。然後，在在這個結果後面附加一個以64位二進製表示的填充前信息長度。經過這兩步的處理，現在的信息字 節長度=n*512+448+64=(n+1)*512，即長度恰好是512的整數倍。這樣做的原因是為滿足後面處理中對信息長度的要求。
md5中有四個32位被稱作鏈接變數（chaining variable）的整數參數，他們分別為：a=0x01234567，b=0x89abcdef，c=0xfedcba98，d=0x76543210。
當設置好這四個鏈接變數後，就開始進入演算法的四輪循環運算。循環的次數是信息中512位信息分組的數目。
將上面四個鏈接變數復制到另外四個變數中：a到a，b到b，c到c，d到d。
主循環有四輪（md4隻有三輪），每輪循環都很相似。第一輪進行16次操作。每次操作對a、b、c和d中的其中三個作一次非線性函數運算，然後將所得結 果加上第四個變數，文本的一個子分組和一個常數。再將所得結果向右環移一個不定的數，並加上a、b、c或d中之一。最後用該結果取代a、b、c或d中之 一。
以一下是每次操作中用到的四個非線性函數（每輪一個）。
f(x,y,z) =(x&y)|((~x)&z)
g(x,y,z) =(x&z)|(y&(~z))
h(x,y,z) =x^y^z
i(x,y,z)=y^(x|(~z))
（&是與，|是或，~是非，^是異或）
這四個函數的說明：如果x、y和z的對應位是獨立和均勻的，那麼結果的每一位也應是獨立和均勻的。
f是一個逐位運算的函數。即，如果x，那麼y，否則z。函數h是逐位奇偶操作符。
假設mj表示消息的第j個子分組（從0到15），
<< ff(a,b,c,d,mj,s,ti) 表示 a=b+((a+(f(b,c,d)+mj+ti)
<< gg(a,b,c,d,mj,s,ti) 表示 a=b+((a+(g(b,c,d)+mj+ti)
<< hh(a,b,c,d,mj,s,ti) 表示 a=b+((a+(h(b,c,d)+mj+ti)
<< ii(a,b,c,d,mj,s,ti) 表示 a=b+((a+(i(b,c,d)+mj+ti)
<< 這四輪（64步）是：
第一輪
ff(a,b,c,d,m0,7,0xd76aa478)
ff(d,a,b,c,m1,12,0xe8c7b756)
ff(c,d,a,b,m2,17,0x242070db)
ff(b,c,d,a,m3,22,0xc1bdceee)
ff(a,b,c,d,m4,7,0xf57c0faf)
ff(d,a,b,c,m5,12,0x4787c62a)
ff(c,d,a,b,m6,17,0xa8304613)
ff(b,c,d,a,m7,22,0xfd469501)
ff(a,b,c,d,m8,7,0x698098d8)
ff(d,a,b,c,m9,12,0x8b44f7af)
ff(c,d,a,b,m10,17,0xffff5bb1)
ff(b,c,d,a,m11,22,0x895cd7be)
ff(a,b,c,d,m12,7,0x6b901122)
ff(d,a,b,c,m13,12,0xfd987193)
ff(c,d,a,b,m14,17,0xa679438e)
ff(b,c,d,a,m15,22,0x49b40821)
第二輪
gg(a,b,c,d,m1,5,0xf61e2562)
gg(d,a,b,c,m6,9,0xc040b340)
gg(c,d,a,b,m11,14,0x265e5a51)
gg(b,c,d,a,m0,20,0xe9b6c7aa)
gg(a,b,c,d,m5,5,0xd62f105d)
gg(d,a,b,c,m10,9,0x02441453)
gg(c,d,a,b,m15,14,0xd8a1e681)
gg(b,c,d,a,m4,20,0xe7d3fbc8)
gg(a,b,c,d,m9,5,0x21e1cde6)
gg(d,a,b,c,m14,9,0xc33707d6)
gg(c,d,a,b,m3,14,0xf4d50d87)
gg(b,c,d,a,m8,20,0x455a14ed)
gg(a,b,c,d,m13,5,0xa9e3e905)
gg(d,a,b,c,m2,9,0xfcefa3f8)
gg(c,d,a,b,m7,14,0x676f02d9)
gg(b,c,d,a,m12,20,0x8d2a4c8a)
第三輪
hh(a,b,c,d,m5,4,0xfffa3942)
hh(d,a,b,c,m8,11,0x8771f681)
hh(c,d,a,b,m11,16,0x6d9d6122)
hh(b,c,d,a,m14,23,0xfde5380c)
hh(a,b,c,d,m1,4,0xa4beea44)
hh(d,a,b,c,m4,11,0x4bdecfa9)
hh(c,d,a,b,m7,16,0xf6bb4b60)
hh(b,c,d,a,m10,23,0xbebfbc70)
hh(a,b,c,d,m13,4,0x289b7ec6)
hh(d,a,b,c,m0,11,0xeaa127fa)
hh(c,d,a,b,m3,16,0xd4ef3085)
hh(b,c,d,a,m6,23,0x04881d05)
hh(a,b,c,d,m9,4,0xd9d4d039)
hh(d,a,b,c,m12,11,0xe6db99e5)
hh(c,d,a,b,m15,16,0x1fa27cf8)
hh(b,c,d,a,m2,23,0xc4ac5665)
第四輪
ii(a,b,c,d,m0,6,0xf4292244)
ii(d,a,b,c,m7,10,0x432aff97)
ii(c,d,a,b,m14,15,0xab9423a7)
ii(b,c,d,a,m5,21,0xfc93a039)
ii(a,b,c,d,m12,6,0x655b59c3)
ii(d,a,b,c,m3,10,0x8f0ccc92)
ii(c,d,a,b,m10,15,0xffeff47d)
ii(b,c,d,a,m1,21,0x85845dd1)
ii(a,b,c,d,m8,6,0x6fa87e4f)
ii(d,a,b,c,m15,10,0xfe2ce6e0)
ii(c,d,a,b,m6,15,0xa3014314)
ii(b,c,d,a,m13,21,0x4e0811a1)
ii(a,b,c,d,m4,6,0xf7537e82)
ii(d,a,b,c,m11,10,0xbd3af235)
ii(c,d,a,b,m2,15,0x2ad7d2bb)
ii(b,c,d,a,m9,21,0xeb86d391)
常數ti可以如下選擇：
在第i步中，ti是4294967296*abs(sin(i))的整數部分，i的單位是弧度。(4294967296等於2的32次方)
所有這些完成之後，將a、b、c、d分別加上a、b、c、d。然後用下一分組數據繼續運行演算法，最後的輸出是a、b、c和d的級聯。
當你按照我上面所說的方法實現md5演算法以後，你可以用以下幾個信息對你做出來的程序作一個簡單的測試，看看程序有沒有錯誤。
md5 ("") =
md5 ("a") =
md5 ("abc") =
md5 ("message digest") =
md5 ("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz") =
md5 ("") =
md5 ("1234567890") =
如果你用上面的信息分別對你做的md5演算法實例做測試，最後得出的結論和標准答案完全一樣，那我就要在這里象你道一聲祝賀了。要知道，我的程序在第一次編譯成功的時候是沒有得出和上面相同的結果的。
四、MD5的安全性
md5相對md4所作的改進：
1. 增加了第四輪；
2. 每一步均有唯一的加法常數；
3. 為減弱第二輪中函數g的對稱性從(x&y)|(x&z)|(y&z)變為(x&z)|(y&(~z))；
4. 第一步加上了上一步的結果，這將引起更快的雪崩效應；
5. 改變了第二輪和第三輪中訪問消息子分組的次序，使其更不相似；
6. 近似優化了每一輪中的循環左移位移量以實現更快的雪崩效應。各輪的位移量互不相同。
㈢ 【密碼學筆記】第3部分 對稱密碼
跟諸位大牛相比，筆者閱歷尚淺、經驗不足，筆記中若有錯誤，還需繼續修正與增刪。歡迎大家的批評與指正。
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1. XOR運算
2. 一次性密碼本
3. 對稱密碼演算法
3.1 DES
3.2 三重DES
3.3 AES
3.4 Rijndael
4. 對稱密碼的選擇
5. 對稱密碼的評價
參考書目
XOR運算，又稱為 異或 運算，運算結果是 同0異1 。
對同一個比特序列進行兩次XOR之後就會回到最初的狀態，因此XOR運算可用於對稱密碼的加密和解密。
一次性密碼本（又稱為 維納密碼 ）是一種非常簡單的密碼，它的原理是「 將明文與一串隨機的比特序列進行XOR運算 」。
一次性密碼本是無法破譯的。 這是因為在對它嘗試解密的過程中，所有的排列組合都會出現，既會包含規則字元串，也會包含英文單詞，還會包含亂碼。由於明文中所有可能的排列組合都會出現，因此 我們無法判斷其中哪一個才是正確的明文 。
一次性密碼本是一種非常不實用的密碼。 原因如下：
a. 密鑰的配送 。（ 最大的問題 ）如果能夠有一種方法將密鑰安全地發送出去，那麼就可以用同樣的方法安全地發送明文。
b. 密鑰的保存 。 密鑰的長度必須和明文的長度相等。 如果能夠有辦法安全保存與明文一樣長的密鑰，那就有辦法安全保存明文本身。
c. 密鑰的重用 。在一次性密碼本中絕對不能重用過去用過的隨機比特序列，因為作為密鑰的比特序列一旦泄露，過去所有的機密通信內容將全部被解密。
d. 密鑰的同步 。在通信過程中，發送者和接收者的密鑰的比特序列不允許有任何錯位，否則錯位的比特後的所有信息都將無法解密。
e. 密鑰的生成 。一次性密碼本需要生成大量的隨機數，這里的隨機數並不是通過計算機程序生成的偽隨機數，而必須是無重現性的真正隨機數。
DES是一種將64比特的明文加密成64比特的密文的對稱密碼演算法，它的密鑰長度是56比特。
DES是以64比特的明文（比特序列）為一個單位來進行加密的，這個64比特的單位稱為 分組 。以分組為單位進行處理的密碼演算法稱為 分組密碼 。
DES每次只能加密64比特的數據，如果要加密的明文比較長，就需要對DES加密進行迭代，而迭代的具體方式就稱為 模式(mode) 。
DES的基本結構又稱為 Feistel網路 ，這一結構不僅被用於DES，在其他很多密碼演算法中也有應用。在Feistel網路中，加密的各個步驟稱為 輪(round) ，整個加密過程就是進行若干次輪的循環。下圖展現的是Feistel網路中一輪的計算流程。DES是一種16輪循環的Feistel網路。
一輪的具體計算步驟 如下：
a. 將輸入的數據等分為左右兩部分；
b. 將輸入的右側直接發送到輸出的右側；
c. 將輸入的右側發送到輪函數；
d. 輪函數根據右側數據和子密鑰，計算出一串看上去是隨機的比特序列；
e. 將上一步得到的比特序列與左側數據進行XOR運算，並將結果作為加密後的左側。
我們需要用不同的子密鑰對一輪的處理重復若干次，並在每兩輪處理之間將左側和右側的數據對調。
Feistel網路的解密操作只要按照相反的順序來使用子密鑰就可以完成了。
Feistel網路的性質 ：
a. 輪數可以任意增加；
b. 加密時無論使用任何函數作為輪函數都可以正確解密（即使該函數不存在反函數）；
c. 加密和解密可以用完全相同的結構來實現。
綜上所述，無論是任何輪數、任何輪函數，Feistel網路都可以 用相同的結構實現加密和解密 ，且加密的結果必定能夠正確解密。
三重DES是為了增加DES的強度，將DES重復3次所得到的一種密碼演算法，也稱為 TDEA ，通常縮寫為 3DES 。
明文經過三次DES處理才能變成最後的密文，由於DES密鑰的長度實質上是56比特，因此三重DES的密鑰長度就是168比特。
三重DES並不是進行三次DES加密，而是 加密→解密→加密 的過程，目的是 讓三重DES能夠兼容普通的DES ，當所有密鑰都相同時，三重DES也就等同於普通的DES。
盡管三重DES目前還被銀行等機構使用，但其處理速度不高，除了特別重視向下兼容性的情況以外，很少被用於新的用途。
AES是取代其前任標准(DES)而成為新標準的一種對稱密碼演算法。全世界的企業和密碼學家提交了多個對稱密碼演算法作為AES的候選，最終選出了一種名為 Rijndael 的對稱密碼演算法，並將其確定為AES。
AES的選拔並不僅僅考慮一種演算法是否存在弱點，演算法的速度、實現的容易性等也都在考慮范圍內。此外，這種演算法還必須能夠在各種平台上有效工作。
Rijndael是由比利時密碼學家設計的 分組密碼演算法 ，被選為新一代的標准密碼演算法——AES。
和DES一樣，Rijndael演算法也是由多個 輪 構成的，其中每一輪分為 SubBytes 、 ShiftRows 、 MixColumns 和 AddRoundKey 共4個步驟。DES使用Feistel網路作為其基本結構，而Rijndael使用的是 SPN結構 。
加密過程 ：
a. 首先，需要 逐個位元組 地對16位元組的輸入數據進行SubBytes處理，即以每個位元組的值（0~255）為索引，從一張擁有256個值的 替換表 (S-Box)中查找出對應值（ 類似於簡單替換密碼 ）。
b. 進行ShiftRows處理，即以4位元組為單位的 行(row) 按照一定的規則向左平移，且每一行平移的位元組數是不同的。
c. 進行MixColumns處理，即對一個4位元組的值進行比特運算，將其變為另外一個4位元組值。
d. 最後，將MixColumns的輸出與輪密鑰進行 XOR ，即進行AddRoundKey處理。至此，Rijndael的一輪就結束了。實際上，在Rijndael中需要重復進行10~14輪計算。
在SPN結構中， 輸入的所有比特在一輪中都會被加密 。和每一輪都只加密一半輸入的比特的Feistel網路相比，這種方式的優勢在於 加密所需要的輪數更少 。此外，這種方式還有一個優勢，即 SubBytes、ShiftRows和MixColumns可以分別以位元組、行和列為單位進行並行計算 。
在Rijndael的 加密 過程中，每一輪所進行的處理為：
SubBytes→ShiftRows→MixColumns→AddRoundKey
而在 解密 時，則是按照相反的順序來進行的，即：
AddRoundKey→InvMixColumns→InvShiftRows→InvSubBytes
解密過程 ：
Rijndael演算法背後有著 嚴謹的數學結構 ，即從明文到密文的計算過程可以全部用公式來表達，這是以前任何密碼演算法都不具備的性質。如果Rijndael的公式能夠通過數學運算來求解，那也就意味著Rijndael能夠通過數學方法進行破譯，這也為新的攻擊方式的產生提供了可能。
(1) 因為現在用暴力破解法已經能夠在現實的時間內完成對DES的破譯， DES不應再用於任何新的用途 。但是也需要保持與舊版本軟體的兼容性。
(2) 盡管在一些重視兼容性的環境中會使用三重DES，但 我們也沒有理由將三重DES用於新的用途 ，它會逐漸被AES所取代。
(3) 現在應該使用的演算法是AES(Rijndael) ，因為它安全、快速，而且能夠在各種平台上工作。
(4) AES最終候選演算法應該可以作為AES的備份 ，因為這些密碼演算法也都經過了嚴格的測試，且沒有發現任何弱點。
(5) 一般來說， 我們不應該使用任何自製的密碼演算法 ，而是應該使用AES。
優點 ：
使用一種密鑰空間巨大，且在演算法上沒有弱點的對稱密碼，就可以通過密文來確保明文的機密性。 巨大的密鑰空間能夠抵禦暴力破解，演算法上沒有弱點可以抵禦其他類型的攻擊。
不足 ：
a. 用對稱密碼進行通信時，還會出現 密鑰的配送問題 ，即如何將密鑰安全地發送給接受者。為了解決密鑰配送問題，需要 公鑰密碼技術 。
b. 盡管使用對稱密碼可以確保機密性，但僅憑這一點還並不能完全放心。 例如發送者可能發送偽造的密文，並利用解密時返回的錯誤來盜取信息。
衷心感謝您的閱讀。
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