密码学实验教程（第2版）

本书共18章, 第1章和第2章为密码学数学基础的相关实验; 第3章为古典密码算法相关实验; 第4章和第5章为对称密码算法相关实验; 第6章为伪随机数算法相关实验, 其内容服务于第7章和第8章的公钥密码算法实验; 第9章为Diffie-Hellman密钥交换协议相关实验; 第10章为ECC算法相关实验; 第11章为SHA-1算法相关实验; 第12章为数字签名算法相关实验; 第13-16章为国产密码算法相关实验; 第17章为SM4算法的快速软件实现方法; 第18章为分组密码算法的工作模式。

第1章 数论基础 1 1.1 算法原理 1 1.1.1 厄拉多塞筛算法 1 1.1.2 欧几里得算法 2 1.1.3 快速幂取模算法 3 1.1.4 中国剩余定理算法 4 1.1.5 Miller-Rabin素性检测算法 5 1.2 算法伪代码 6 1.2.1 厄拉多塞筛算法伪代码 7 1.2.2 欧几里得算法伪代码 7 1.2.3 快速幂取模算法伪代码 8 1.2.4 中国剩余定理算法伪代码 8 1.2.5 Miller-Rabin素性检测算法伪代码 9 1.3 算法实现与测试 9 1.3.1 厄拉多塞筛算法实现与测试 10 1.3.2 欧几里得算法实现与测试 10 1.3.3 快速幂取模算法实现与测试 11 1.3.4 中国剩余定理算法实现与测试 12 1.3.5 Miller-Rabin素性检测算法实现与测试 13 1.4 思考题 13 第2章 有限域算术 14 2.1 算法原理 14 2.1.1 有限域四则运算算法 14 2.1.2 有限域欧几里得算法 17 2.1.3 有限域求乘法逆元算法 18 2.2 算法伪代码 19 2.2.1 有限域四则运算算法伪代码 19 2.2.2 有限域欧几里得算法伪代码 20 2.2.3 有限域求乘法逆元算法伪代码 21 2.3 算法实现与测试 22 2.3.1 有限域四则运算算法实现与测试 22 2.3.2 有限域欧几里得算法实现与测试 22 2.3.3 有限域求乘法逆元算法实现与测试 23 2.4 思考题 23 第3章 古典密码算法 24 3.1 算法原理 24 3.1.1 置换密码 24 3.1.2 代替密码 26 3.2 算法伪代码 31 3.2.1 栅栏密码算法伪代码 31 3.2.2 矩阵密码算法伪代码 32 3.2.3 单表代替密码算法伪代码 34 3.2.4 仿射密码算法伪代码 34 3.2.5 维吉尼亚密码算法伪代码 35 3.2.6 弗纳姆密码算法伪代码 36 3.2.7 希尔密码算法伪代码 37 3.2.8 对m维希尔密码的已知明文攻击算法伪代码 38 3.3 算法实现与测试 38 3.3.1 栅栏密码算法实现与测试 39 3.3.2 矩阵密码算法实现与测试 39 3.3.3 单表代替密码算法实现与测试 39 3.3.4 仿射密码算法实现与测试 40 3.3.5 维吉尼亚密码算法实现与测试 40 3.3.6 弗纳姆密码算法实现与测试 40 3.3.7 希尔密码算法实现与测试 40 3.3.8 对m维希尔密码的已知明文攻击算法实现与测试 41 3.4 思考题 41 第4章 DES算法 42 4.1 算法原理 42 4.1.1 DES算法整体结构 42 4.1.2 DES算法详细结构 43 4.1.3 密钥选择 46 4.2 算法伪代码 47 4.2.1 密钥扩展算法伪代码 48 4.2.2 加密算法伪代码 48 4.2.3 解密算法伪代码 50 4.2.4 基本变换算法伪代码 50 4.3 算法实现与测试 51 4.3.1 输入和输出 51 4.3.2 中间数据 53 4.4 思考题 53 第5章 AES算法 54 5.1 算法原理 54 5.1.1 AES算法整体结构 54 5.1.2 AES算法详细结构 55 5.1.3 AES-192算法与AES-256算法 59 5.2 算法伪代码 60 5.2.1 密钥扩展算法伪代码 60 5.2.2 加密算法伪代码 61 5.2.3 解密算法伪代码 61 5.2.4 基本变换算法伪代码 62 5.3 算法实现与测试 64 5.3.1 输入和输出 65 5.3.2 中间数据 65 5.4 思考题 68 第6章 伪随机数算法 69 6.1 算法原理 69 6.1.1 BBS算法 69 6.1.2 梅森旋转算法 70 6.2 算法伪代码 72 6.2.1 BBS算法伪代码 72 6.2.2 梅森旋转算法伪代码 73 6.3 算法实现与测试 74 6.3.1 BBS算法实现与测试 74 6.3.2 梅森旋转算法实现与测试 75 6.4 思考题 76 第7章 RC4算法 77 7.1 算法原理 77 7.1.1 流密码 77 7.1.2 RC4算法详细结构 77 7.2 算法伪代码 79 7.3 算法实现与测试 80 7.3.1 输入和输出 80 7.3.2 中间数据 81 7.3.3 无效置换和弱密钥问题 82 7.4 思考题 82 第8章 RSA算法 83 8.1 算法原理 83 8.1.1 RSA算法整体结构 83 8.1.2 RSA-OAEP算法 84 8.2 算法伪代码 85 8.2.1 RSA算法伪代码 86 8.2.2 RSA-OAEP算法伪代码 87 8.3 算法实现与测试 90 8.3.1 RSA算法实现与测试 90 8.3.2 RSA-OAEP算法实现与测试 91 8.4 思考题 92 第9章 Diffie-Hellman密钥交换协议 93 9.1 算法原理 93 9.1.1 Diffie-Hellman密钥交换协议的原理 93 9.1.2 基于ECC的Diffie-Hellman密钥交换协议 93 9.2 算法伪代码 94 9.2.1 Diffie-Hellman密钥交换协议伪代码 95 9.2.2 基于ECC的Diffie-Hellman密钥交换协议伪代码 95 9.3 算法实现与测试 95 9.3.1 Diffie-Hellman密钥交换协议实现与测试 96 9.3.2 基于ECC的Diffie-Hellman密钥交换协议实现与测试 96 9.4 思考题 98 第10章 ECC算法 99 10.1 算法原理 99 10.1.1 基于ECC的加解密算法 100 10.1.2 基于ECC的数字签名算法 100 10.2 算法伪代码 101 10.2.1 椭圆曲线基础运算算法伪代码 101 10.2.2 密钥生成算法伪代码 103 10.2.3 基于ECC的加解密算法伪代码 103 10.2.4 基于ECC的数字签名算法伪代码 104 10.3 算法实现与测试 105 10.3.1 基于ECC的加解密算法实现与测试 105 10.3.2 基于ECC的数字签名算法实现与测试 106 10.4 思考题 107 第11章 SHA-1算法 108 11.1 算法原理 108 11.1.1 SHA-1算法整体结构 108 11.1.2 SHA-1算法详细结构 109 11.2 算法伪代码 111 11.2.1 杂凑算法伪代码 111 11.2.2 消息填充算法伪代码 112 11.2.3 字扩展算法伪代码 112 11.2.4 轮函数伪代码 113 11.2.5 逻辑函数伪代码 113 11.3 算法实现与测试 114 11.4 思考题 120 第12章 数字签名算法 121 12.1 算法原理 121 12.1.1 不带消息恢复功能的RSA数字签名算法 121 12.1.2 RSA-PSS数字签名算法 122 12.1.3 ElGamal数字签名算法 124 12.2 算法伪代码 125 12.2.1 不带消息恢复功能的RSA数字签名算法伪代码 125 12.2.2 RSA-PSS数字签名算法伪代码 126 12.2.3 ElGamal数字签名算法伪代码 128 12.3 算法实现与测试 130 12.3.1 不带消息恢复功能的RSA数字签名算法实现与测试 130 12.3.2 RSA-PSS数字签名算法实现与测试 131 12.3.3 ElGamal数字签名算法实现与测试 132 12.4 思考题 133 第13章 SM2算法 134 13.1 算法原理 134 13.2 算法伪代码 137 13.2.1 密钥生成算法伪代码 137 13.2.2 加密算法伪代码 137 13.2.3 解密算法伪代码 138 13.3 算法实现与测试 139 13.3.1 方程参数 139 13.3.2 输入和输出 140 13.3.3 中间数据 141 13.4 思考题 142 第14章 SM4算法 143 14.1 算法原理 143 14.1.1 SM4算法整体结构 143 14.1.2 SM4算法详细结构 144 14.2 算法伪代码 146 14.2.1 密钥扩展算法伪代码 146 14.2.2 加密算法伪代码 147 14.2.3 解密算法伪代码 148 14.3 算法实现与测试 148 14.4 思考题 152 第15章 SM3算法 153 15.1 算法原理 153 15.1.1 SM3算法整体结构 153 15.1.2 SM3算法详细结构 153 15.2 算法伪代码 156 15.2.1 杂凑算法伪代码 156 15.2.2 消息填充算法伪代码 157 15.2.3 消息扩展算法伪代码 157 15.2.4 压缩算法伪代码 157 15.3 算法实现与测试 158 15.4 思考题 161 第16章 ZUC算法 162 16.1 算法原理 162 16.2 算法伪代码 164 16.2.1 LFSR算法伪代码 164 16.2.2 比特重组算法伪代码 165 16.2.3 非线性函数算法伪代码 165 16.2.4 密钥装入算法伪代码 166 16.2.5 生成密钥字算法伪代码 166 16.3 算法实现与测试 167 16.4 思考题 168 第17章 SM4算法快速软件实现 169 17.1 SM4算法的S盒复合域优化 169 17.2 算法伪代码 170 17.2.1 SM4算法的S盒函数伪代码 171 17.2.2 GF((2)4)2复合域求逆算法伪代码 171 17.3 算法实现与测试 172 17.4 思考题 173 第18章 分组密码算法的工作模式 174 18.1 算法原理 174 18.1.1 ECB工作模式 174 18.1.2 CBC工作模式 174 18.1.3 CFB工作模式 175 18.1.4 OFB工作模式 176 18.1.5 CTR工作模式 177 18.2 算法伪代码 178 18.2.1 ECB工作模式算法伪代码 179 18.2.2 CBC工作模式算法伪代码 180 18.2.3 CFB工作模式算法伪代码 181 18.2.4 OFB工作模式算法伪代码 183 18.2.5 CTR工作模式算法伪代码 184 18.3 算法实现与测试 185 18.3.1 ECB工作模式算法实现与测试 185 18.3.2 CBC工作模式算法实现与测试 186 18.3.3 CFB工作模式算法实现与测试 187 18.3.4 OFB工作模式算法实现与测试 188 18.3.5 CTR工作模式算法实现与测试 188 18.4 思考题 189