文件加密与解密算法的分析与应用
摘要:随着信息社会的到来,人们在享受信息资源所带来的巨大的利益的同时,也面临着信息安全的严峻考验。信息安全已经成为世界性的现实问题,已威胁到国家的政治、经济、军事、文化、意识形态等领域,同时,信息安全问题也是人们能否保护自己的个人隐私的关键。信息安全是社会稳定安全的必要前提条件。解决信息安全的方法是加密,所以加密解密就显得日益重要。本课题重点研究常用文件加密解密算法的基本思想及实现过程中所用到的方法、技术。同时对公钥密码体制和私钥密码体制进行了分析和研究,并对公钥密码体制和私钥密码体制的代表AES算法和DES算法进行了研究和比较,最后结合常用算法设计实现了简易加密解密应用软件。
关键词:解密文件加密密码体制DES AES
1 引言
1.1 文件加密与解密算法应用的意义
随着因特网、全球贸易和其它活动的增长,密码技术越来越多地用于个人的标识和认证等,它是取得信息安全性最有效的一种方法,是信息安全的核心技术。通过数据加密,人们可以有效地保证通信线路上的内容不被泄露,而且还可以检验传送信息的完整性。
对称密码算法主要用于保证数据的机密性,通信双方在加密解密
这串字在你看来毫无意义，而且它本该如此，因为这是一段加密密码，是信息加密后的结果。但如果我告诉你我所做的，只是把句子里面的每一个字母按照字母表顺序向后移动了一位的话，你就会知道这串字可以翻译成这样。 为了加密短信息，你需要两个关键部分：密码和密钥。密码是一系列规则，告诉你如何加/解密信息，比如前面的密码就是把字母按着照字母表顺序移动特征的位数。密钥告诉你具体如何使用这些规则，否则每次加密的结果都会是一样的，这会使得信息很容易被解码。前面的密码中，密钥为一,因为我们将字母按照字母表向右移动了一位。为了解密信息，你需要知道使用的是何种密码，并且要知道使用的密钥是多少，或者你想破解密文，将可以将所有可能的密钥都尝试一遍，也可以分析密文，尝试倒推结果，这被称作破译。但是有没有可能提出一种密码和密钥的组合，使得加密结果与信息永远没法对应吗？也就是说，是否存在不可破解的密码呢？ 人们不断在提出新的，更好的密码，但是很难让密码变得完全不可破解，因为无论你使用何种规则加密信息，只要拥有充足的时间和充足的数据，总能发现加密的规律。我最开始给大
家看到密码，是最古老简单的信息加密方式，这种加密方式常被称为凯撒密码。在凯撒密码中，密钥只是一个数，代表我们将字母向右移动的位数，但是这个密码很容易被破解，即使在你不知道密钥的前提下。因为你可以将25种可能全部尝试一遍，来解码信息。整个字母表可能移动的位数是有限的，字母表中只有26个字母，因此只有25中移位的可能。 凯撒密码属于最简单的一类密码，称为单表代换密码。在这类密码中，信息中的每一个字母都被唯一映射为密文中的一个字母，并且在整个加密过程中，这种映射关系是不变的，简单的说，这种加密方式就是扰乱字母表顺序，在这种情况下，密钥还是一个列表，表示每个字母的映射结果。这种方法中，加密信息的可能映射一共有4*10*26种，所以你估计觉得这密码很难破解。不过我们有很多种方法来破解信息，将所有可能的密钥都尝试一遍，是最显然，也是最没创意的方法，这种方法也有一个很没创意的名字，穷举法。 你也可以尝试一些比较巧妙的方法来破解密码，比如有种方法叫频率分析。这种方法的核心点在于，每一种语言都有其特定的语言特性，举个例子，在英语中字母E出现的频率最高。在我上面说的这句话里，一共出现了7次字母E。还有一些单词，如THE，用的频率非常高，如果不用THE，甚至很难构造完整的句子，密码学家称这些单词为明密对照文。频率
第一章算法概述 1.算法：解决问题的一种方法或过程；由若干条指令组成的有穷指令。 2.算法的性质： 1)输入：有零个或多个输入 2)输出：有至少一个输出 3)确定性：每条指令是清晰的、无歧义的 4)有限性：每条指令的执行次数和时间都是有限的 3.算法与程序的区别 程序是算法用某种程序设计语言的具体实现 程序可以不满足算法的有限性 4.算法复杂性分析 1)算法的复杂性是算法运行所需要的计算机资源的量，需要时间资源的量称为时间复 杂性，需要空间资源的量称为空间复杂性 2)三种时间复杂性：最坏情况、最好情况、平均情况 3)可操作性最好且最有实际价值的是最坏情况下的时间复杂性 第二章递归与分支策略 1.递归概念：直接或间接调用自身的算法 2.递归函数：用函数自身给出定义的函数 3.递归要素：边界条件、递归方程 4.递归的应用 ?汉诺塔问题 void Hanuo(int n,int a,int b,int c) { if(n==1) return; Hanuo(n-1,a,c,b); move(a,b) Hanuo(n-1,c,b,a); } ?全排列问题 void Perm(Type list[],int k,int m) { //产生list[k,m]的所有排列 if(k == m) { for(int i = 0;I <= m;i++) cout< 第九章、实验报告 实验一、设置Windows启动密码 一、实验目的：利用Windows启动密码保存重要文件。 二、实验步骤： 1、在Windows XP系统中选择开始——运行，在打开输入框中“syskey.exe”,点击确定，打开“保证Windows XP账户数据库的安全”对话框。 2、单击【更新】，打开【启动密码】对话框，然后输入密码，在【确认】文本框中再次输入密码，单击【确定】 实验二、为word文档加密解密 一、实验目的:保护数据的安全 二、实验步骤： 1、打开一个需要加密的文档，选择【工具】——【选项】——【安全性】然后输入想要设置打开文件时所需的密码 2、单击【高级(A)】打开加密类型对话框，选中【加密文档属性】复选框，单击【确定】。 3、打开文件的【确认密码】对话框，输入打开文件时需要的密码，单击【确定】，随即打开【确认密码】对话框，输入密码。 4、保存文件后，重新打开Word文档，打开【密码】，输入打开文件所需的密码，单击【确定】输入修改的密码，单击【确定】 破解word密码 （1）安装Advanced Office Password Recovery软件，安装完成后打开需要破解的word 文档，进行暴力破解，结果如图所示： 实验三、使用WinRAR加密解密文件 一．实验目的：加密文件，保证文件的安全性。 二．实验步骤： 1、在需要加密的文件夹上右击，选中【添加到压缩文件】打开【压缩文件名和参数】 2、选中【压缩文件格式】组合框中的【RAR】并在【压缩选项】中选中【压缩后删除源文件】然后切换到【高级】，输入密码，确认密码。 3、关闭对话框，单击确定，压缩完成后，双击压缩文件，系统打开【输入密码对话框】 破解WinRAR加密的文件 （1）安装Advanced RAR Password Recovery软件，打开WinRAR加密文件，进行暴力破解，获得密码。结果如图： JAVA课程设计题目：文件的加密与解密 姓名： 学号： 班级: 日期： 目录 一、设计思路 (3) 二、具体实现 (3) 三、运行调试与分析讨论 (8) 四、设计体会与小结 (11) 五、参考文献 (12) 六、附录 (12) 一、设计思路 自从Java技术出现以业，有关Java平台的安全性用由Java技术发展所引发的安全性问题，引起了越来越多的关注。目前，Java已经大量应用于各个领域，研究Java的安全性对于更好地利用Java具有深远的意义。使用Java的安全机制设计和实现安全系统更具有重要的应用价值。 本课程设计，主要实践Java安全中的JCE模块，包括密钥生成，Cipher对象初始化、加密模式、填充模式、底层算法参数传递，也涉及文件读写与对象输入输出流。 二、具体实现 本系统通过用户界面接收三个参数：明文文件、密文文件、口令。采用DES加密算法，密码分组链（Cipher Block Chaining，CBC）加密模式，PKCS#5-Padding的分组填充算法。因为CBC涉及到底层算法参数的解密密钥的传递，所以将明文文件中的字节块以密封对象（Sealed Object）的方式加密后，用对象流输出到密文文件，这样就将密文、算法参数、解密密钥三都密封到一个对象中了。口令的hash值作为产生密钥的参数。设计流程图如下所示： 文件加密与解密设计流程图 本系统中，包含Default,Shares,SecretKey,EncAndDec四个包共6个类组成。定义的几个参数：MAX_BUF_SIZE为每次从文件中读取的字节数，也是内存缓冲区的大小；加密算法为DES；加密模式是密码分组链（CBC）模式；分组填充方式是PKCS#5Padding。包和类结构图如下所示： 本课程设计，包和类结构图： 以下为包中的类的方法实现说明 Package Shares类结构图 《计算机算法设计与分析》习题及答案 一．选择题 1、二分搜索算法是利用（ A ）实现的算法。 A、分治策略 B、动态规划法 C、贪心法 D、回溯法 2、下列不是动态规划算法基本步骤的是（ A ）。 A、找出最优解的性质 B、构造最优解 C、算出最优解 D、定义最优解 3、最大效益优先是（A ）的一搜索方式。 A、分支界限法 B、动态规划法 C、贪心法 D、回溯法 4. 回溯法解旅行售货员问题时的解空间树是（ A ）。 A、子集树 B、排列树 C、深度优先生成树 D、广度优先生成树 5．下列算法中通常以自底向上的方式求解最优解的是（B ）。 A、备忘录法 B、动态规划法 C、贪心法 D、回溯法 6、衡量一个算法好坏的标准是（ C ）。 A 运行速度快 B 占用空间少 C 时间复杂度低 D 代码短 7、以下不可以使用分治法求解的是（ D ）。 A 棋盘覆盖问题 B 选择问题 C 归并排序 D 0/1背包问题 8. 实现循环赛日程表利用的算法是（A ）。 A、分治策略 B、动态规划法 C、贪心法 D、回溯法 9．下面不是分支界限法搜索方式的是（D ）。 A、广度优先 B、最小耗费优先 C、最大效益优先 D、深度优先 10．下列算法中通常以深度优先方式系统搜索问题解的是（D ）。 A、备忘录法 B、动态规划法 C、贪心法 D、回溯法 11.备忘录方法是那种算法的变形。（ B ） A、分治法 B、动态规划法 C、贪心法 D、回溯法 12．哈夫曼编码的贪心算法所需的计算时间为（B ）。 A、O（n2n） B、O（nlogn） C、O（2n） D、O（n） 13．分支限界法解最大团问题时，活结点表的组织形式是（B ）。 A、最小堆 B、最大堆 C、栈 D、数组 14．最长公共子序列算法利用的算法是（B）。 A、分支界限法 B、动态规划法 C、贪心法 D、回溯法 15．实现棋盘覆盖算法利用的算法是（A ）。 A、分治法 B、动态规划法 C、贪心法 D、回溯法 16.下面是贪心算法的基本要素的是（C ）。 A、重叠子问题 B、构造最优解 C、贪心选择性质 D、定义最优解 17.回溯法的效率不依赖于下列哪些因素（ D ） A.满足显约束的值的个数 B. 计算约束函数的时间 C.计算限界函数的时间 D. 确定解空间的时间 18.下面哪种函数是回溯法中为避免无效搜索采取的策略（B ） A．递归函数 B.剪枝函数 C。随机数函数 D.搜索函数 19. （D）是贪心算法与动态规划算法的共同点。 A、重叠子问题 B、构造最优解 C、贪心选择性质 D、最优子结构性质 20. 矩阵连乘问题的算法可由（ B ）设计实现。 A、分支界限算法 B、动态规划算法 C、贪心算法 D、回溯算法 21. 分支限界法解旅行售货员问题时，活结点表的组织形式是（ A ）。 如何给WORD文档加密 如果Word文档不希望别人随便查看，可以通过添加打开密码来实现（当然这并不是绝对安全的）。为Word文档添加密码，给Word文档加密主要有以下几个方法： 文件加密文件菜单设置： 如果您使用的是Office word2003： 方法一： 启动Word2003（其他版本操作相似，下同），打开需要加密的文档，执行“工具→选项”命令；如下图 2、在弹出的“选项”中，选择“安全性”，然后在“打开文件时的密码”后面输入密码（一定要牢记密码哦）；如下图 3、单击确定按钮后会再次提示你确认密码；再次输入刚才的密码，然后确定，加密即可成功（注意：经过加密设置后，以后需要打开该文档时，需要输入正确的密码，否则文档不能打开）。如下图 方法二：在对新建文档进行“保存”或对原有文档进行“另存为”操作时，打开“另存为”对话框。单击工具栏上的“工具”按钮，在随后弹出的下拉列表中，选“安全选项”，打开“安全选项”对话框，在“打开文件时的密码”右侧的方框中输入密码，按下确定按钮，再确认输入一次密码，确定退出，然后保存当前文档即可。 如果您使用的是Office word2007 Office Word2007无论是在界面上，还是操作上，以我们用习惯了的Word2003不大一样了。Word2007就也有有两种方法可以实现： 方法一： 1、打开文档，同样“Office按钮”，然后选择“另存为”，然后在保存文档副本中选择“Word文档”；如下图 2、在“另存为”对话框中单击下面的“工具”按钮，在下拉菜单中选择“常规选项”；如下图 3、在弹出的“常规选项”对话框中可以任意给Word文档加密。如下图 目录 1实验主题 (1) 2实验目的 (1) 3实验性质 (1) 4实验考核方法 (1) 5实验报告提交日期与方式 (1) 6实验平台 (1) 7实验内容和要求 (1) 8实验指导 (2) 8.2 开启Hadoop所有守护进程 (2) 8.2 搭建Eclipse环境编程实现Wordcount程序 (3) 1.安装Eclipse (3) 2.配置Hadoop-Eclipse-Plugin (3) 3.在Eclipse 中操作HDFS 中的文件 (7) 4.在Eclipse 中创建MapReduce 项目 (8) 5.通过Eclipse 运行MapReduce (13) 6.在Eclipse 中运行MapReduce 程序会遇到的问题 (16) 1实验主题 1、搭建Hadoop、Eclipse编程环境 2、在Eclipse中操作HDFS 3、在Eclipse中运行Wordcount程序 4、参照Wordcount程序，自己编程实现数据去重程序 2实验目的 （1）理解Hadoop、Eclipse编程流程； （2）理解MapReduce架构，以及分布式编程思想； 3实验性质 实验上机内容，必做，作为课堂平时成绩。 4实验考核方法 提交上机实验报告，纸质版。 要求实验报告内容结构清晰、图文并茂。 同学之间实验报告不得相互抄袭。 5实验报告提交日期与方式 要求提交打印版，4月19日（第10周）之前交到软件学院412。 6实验平台 操作系统：Linux Hadoop版本：2.6.0或以上版本 JDK版本：1.6或以上版本 Java IDE：Eclipse 7实验内容和要求 （1）搭建Hadoop、Eclipse编程环境； （2）运行实验指导上提供的Wordcount程序； （3）在Eclipse上面查看HDFS文件目录； （4）在Eclipse上面查看Wordcount程序运行结果； （5）熟悉Hadoop、Eclipse编程流程及思想； 程序设计题，编程实现基于Hadoop的数据去重程序，具体要求如下： 把data1文件和data2文件中相同的数据删除，并输出没有重复的数据，自己动手实现，把代码贴到实验报告的附录里。 设计思路： 数据去重实例的最终目标是让原始数据中出现次数超过一次的数据在输出文件中只出现一次。具体就是Reduce的输入应该以数据作为Key，而对value-list则没有要求。当Reduce 接收到一个 维吉尼亚算法分析及应用 一．实验目的 通过应用维吉尼亚算法对数据进行加解密的操作，了解维吉尼亚的加解密的机制，加深对维吉尼亚的算法理解 二．试验环境 安装Windows操作系统的PC机，具有C语言编译环境 三．试验原理 加密过程很简单，就是给定密码字母X和明文字母Y，密文字母是位于X行和Y列的那个字母。这样就决定了加密一天消息与消息一样长的密钥字符串，通常，迷药字符串事是密钥的重复。 使用查表的方式多加密几次就能很轻易的总结出规律：将A-Z以0-25编号，那么加密过程就是，在代换表的第一行中找到消息字母，如W，然后向后移D次（即3次），所得的字母就是密文了。如果数到末位，那么下一次移位就是从头（即A）继续也就是说，可以将A-Z看成一个环，加密过程就是找到消息字母后，将指针往环的某个特定方向移位，次数就是密钥字母所代表的数字，这其实是一个模26的过程。 扩展一下，以上加密仅能对26个字母进行加密，而且不能区分大小写，但其实英文中除了字母外，还有标点符号，还有空格。如果考虑到大部分英文字符，那个维吉尼亚代换表将比较大，而且有点浪费空间，如果能将被加密的字符有N个如果把这N个字符建成一个环，那么加密过程即使模N的过程，即C(I)=K(I)+P(I)modN，其中，K，C，P分别代表的是密钥空间，密文空间，消息（明文）空间。 四．主要代码 #include HUNAN UNIVERSITY 程序设计训练——文件加密与解密 报告 学生姓名X X X 学生学号20110102308 专业班级建环308 指导老师何英 2012-07-01至 2012-07-13 一、程序设计目的和要求 (3) 二、程序设计内容 (4) 1、总体设计 (4) 1.1主控选择模块 (4) 1.2加密模块 (4) 1.3解密模块 (4) 2、流程图 (5) 三模块详细说明 (6) 四、测试数据及其结果 (7) 五、课程设计总结 (8) 六、附录 (9) 附录1：参考文献 (9) 附录2：程序源代码 (9) 一、程序设计目的和要求 1、目的：为保证个人数据资料不被他人窃取使用，保护个人隐私及个人文件。设计一个基于c语言的文本文件加密及解密软件，可以方便对文本文件的加密与解密。本设计实现了文本文件的解密及解密，运行软件之后只需输入任意一个文本文件的文件名及后缀名即可对该文本文件进行加密或解密操作。本设计的加密与解密系统，使用了面向各类文件的方法，运用Microsoft Visual C++ 6.0实现具有加密、解密、帮助信息、读取文本文件、显示结果、退出等功能的文件加密与解密系统。 2、要求： （1）从键盘输入要进行加密的一行字符串或者需要加密的文件名。 （2）显示菜单： （3）选择菜单，进行相应的操作。加密方法是设置一加密字符串以及对文件的哪些部分进行加密；加密是将原始文件加密并保存到文件中；解密是将加了密的文件还原并保存到文件中，同时应比较与原始文件的一致性； 3、其他要求 （1）变量、函数命名符合规范。 （2）注释详细：每个变量都要求有注释说明用途；函数有注释说明功能，对参数、返回值也要以注释的形式说明用途；关键的语句段要求有注释解释。 RSA加密算法加密与解密过程解析 1.加密算法概述 加密算法根据内容是否可以还原分为可逆加密和非可逆加密。 可逆加密根据其加密解密是否使用的同一个密钥而可以分为对称加密和非对称加密。 所谓对称加密即是指在加密和解密时使用的是同一个密钥：举个简单的例子，对一个字符串C做简单的加密处理，对于每个字符都和A做异或，形成密文S。 解密的时候再用密文S和密钥A做异或，还原为原来的字符串C。这种加密方式有一个很大的缺点就是不安全，因为一旦加密用的密钥泄露了之后，就可以用这个密钥破解其他所有的密文。 非对称加密在加密和解密过程中使用不同的密钥，即公钥和私钥。公钥用于加密，所有人都可见，私钥用于解密，只有解密者持有。就算在一次加密过程中原文和密文发生泄漏，破解者在知道原文、密文和公钥的情况下无法推理出私钥，很大程度上保证了数据的安全性。 此处，我们介绍一种非常具有代表性的非对称加密算法，RSA加密算法。RSA 算法是1977年发明的，全称是RSA Public Key System，这个Public Key 就是指的公共密钥。 2.密钥的计算获取过程 密钥的计算过程为：首先选择两个质数p和q，令n=p*q。 令k=?(n)=(p?1)(q?1),原理见4的分析 选择任意整数d，保证其与k互质 取整数e，使得[de]k=[1]k。也就是说de=kt+1，t为某一整数。 3.RSA加密算法的使用过程 同样以一个字符串来进行举例，例如要对字符串the art of programming 进行加密，RSA算法会提供两个公钥e和n，其值为两个正整数，解密方持有一个私钥d，然后开始加密解密过程过程。 1. 首先根据一定的规整将字符串转换为正整数z，例如对应为0到36，转化后形成了一个整数序列。 2. 对于每个字符对应的正整数映射值z，计算其加密值M=(N^e)%n. 其中N^e表示N的e次方。 3. 解密方收到密文后开始解密，计算解密后的值为(M^d)%n，可在此得到正整数z。 4. 根据开始设定的公共转化规则，即可将z转化为对应的字符，获得明文。 4.RSA加密算法原理解析 下面分析其内在的数学原理，说到RSA加密算法就不得不说到欧拉定理。 欧拉定理(Euler’s theorem)是欧拉在证明费马小定理的过程中，发现的一个适用性更广的定理。 首先定义一个函数，叫做欧拉Phi函数，即?(n)，其中，n是一个正整数。?(n)=总数(从1到n?1，与n互质整数) 比如5，那么1，2，3，4，都与5互质。与5互质的数有4个。?(5)=4再比如6，与1，5互质，与2，3，4并不互质。因此，?(6)=2 日常生活中我们通常会分享一些个人视频，但处于隐私考虑，我们会想到给文件加密，嗯，不错，但是我们常用的的视频格式是不支持文件加密的，怎么办？看到网上一些网站有时分享软件时会将软件打包成RAR或ZIP压缩格式并加密，只有访问网站源地址才能获得密码，即提高了网站访问量又将一些不太好找的软件分享给大家。那么我们就依照这个思路用压缩软件压缩视频并加密后上传到各大网盘分享给朋友，这样不仅间接的将视频进行了加密，保护了我们的个人隐私，更是将较大的视频文件批量的进行了分享。但很多人只进行过文件的解压/压缩，并不知道如何加密或者是并不会进行灵活的加密密码管理，这里笔者就像大家介绍一下如何给文件加密压缩并管理密码。 一般的常规方法是选定要压缩的文件并右击，在弹出的菜单中选择“添加到压缩文件” 弹出压缩选项，1.选定压缩格式 2.点击“设置密码”在这里笔者要说一下，如果选定RAR格式，在解压或打开时不会显示包内文件名，而选定ZIP格式，在解压或打开时会显示包内文件名，所以笔者建议大家如果对文件的保密程度要求较高那么就选RAR格式，因为ZIP格式不支持文件名加 密。 设置好密码点击“确定” 等待文件压缩好，这样就完成了文件的压缩加密 当然，我们有时要对没有加密的压缩文件设定密码，需要注意的是下列方法需要使用好压软件，并且文件格式为ZIP（RAR文件不支持），笔者上述使用的WINRAR无法进行下列操作，大家需要用好压进行操作。 先打开这个压缩文件，点击“文件”-“密码” 弹出窗口后选择“密码”选项卡，点击“设置新的密码”设置好密码然后点击“确定”即可 如果你想把压缩包中的密码清除掉，则选“清除已有密码”，然后点“确定”，会弹出提示让你输入之前设置的密码，输入后确定即可清除掉密码 下面笔者再介绍一下在WINRAR中的文件压缩密码管理 首先打开WINRAR，然后选择“选项”-“设置” AES算法加解密原理及安全性分析 刘帅卿 一、AES算法简介 AES算法是高级加密标准算法的简称，其英文名称为Advanced Encryption Standard。该加密标准的出现是因为随着对称密码的发展,以前使用的DES（Data Encryption Standard数据加密标准）算法由于密钥长度较小(56位),已经不适应当今数据加密安全性的要求，因此后来由Joan Daeman和Vincent Rijmen提交的Rijndael算法被提议为AES的最终算法。 AES是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192和256位密钥，并且用128位(16字节)分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换(permutations)和替换(substitutions)输入数据。加之算法本身复杂的加密过程使得该算法成为数据加密领域的主流。 二、AES算法的基本概念 1、有限域（GF） 由于AES算法中的所有运算都是在有限域当中进行的，所以在理解和实现该算法之前先得打好有限域这一基石才行。通常的数学运算都是在实数域中进行，而AES算法则是在有限域中进行，我们可以将有限域看成是有确定边界范围的正整数集合，在该集合当中，任意两个元素之间的运算结果都仍然落在该集合当中，也即满足运算封闭性。 那么如何才能保证这样的“有限性”（也即封闭性）呢？ GF（2w）被称之为伽罗华域，是有限域的典型代表。随着w（=4,8,16,…）的取值不同所形成的有限域范围也不同。AES算法中引入了GF域当中对数学运算的基本定义：将两数的加减法定义为两者的异或运算；将两数的乘法定义为多 关于凯撒密码的实现原理 班级：姓名：学号：指导老师： 一、设计要求说明 1、设计一个凯撒密码的加密和解密的程序，要求输入一段字符和密码，输出相应的密文，完成加密过程； 若输入被加密的密文及解密密钥，能还原出原文，完成解密。 2、语言不限，工具不限，独立完成，参加答辩。 3、严格按照格式的要求完成文档，在第六部分的运行结果分析中，要求抓图说明。 二、基础知识介绍 凯撒密码的历史 凯撒密码（caeser）是罗马扩张时期朱利斯?凯撒（Julius Caesar）创造的，用于加密通过信使传递的作战命令。它将字母表中的字母移动一定位置而实现加密。 古罗马随笔作家修托尼厄斯在他的作品中披露，凯撒常用一种“密表”给他的朋友写信。这里所说的密表，在密码学上称为“凯撒密表”。用现代的眼光看，凯撒密表是一种相当简单的加密变换，就是把明文中的每一个字母用它在字母表上位置后面的第三个字母代替。古罗马文字就是现在所称的拉丁文，其字母就是我们从英语中熟知的那26个拉丁字母。因此，凯撒密表就是用d代a，用e代b，……，用z代w。这些代替规则也可用一张表格来表示,所以叫“密表”。 基本原理 在密码学中存在着各种各样的置换方式，但所有不同的置换方式都包含2个相同的元素。密钥和协议(算法)。凯撒密码的密钥是3，算法是将普通字母表中的字母用密钥对应的字母替换。置换加密的优点就在于它易于实施却难于破解. 发送方和接收方很容易事先商量好一个密钥，然后通过密钥从明文中生成密文，即是敌人若获取密文，通过密文直接猜测其代表的意义，在实践中是不可能的。 凯撒密码的加密算法极其简单。其加密过程如下： 在这里，我们做此约定：明文记为m，密文记为c，加密变换记为E(k1,m)（其中k1为密钥），解密变换记为D(k2,m)（k2为解密密钥）（在这里k1=k2,不妨记为k）。凯撒密码的加密过程可记为如下一个变换：c≡m+k mod n （其中n为基本字符个数） 同样，解密过程可表示为： m≡c+k mod n （其中n为基本字符个数） 对于计算机而言，n可取256或128，m、k、c均为一个8bit的二进制数。显然，这种加密算法极不安全，即使采用穷举法，最多也只要255次即可破译。当然，究其本身而言，仍然是一个单表置换，因此，频率分析法对其仍是有效的。 加密解密算法 恺撒密码的替换方法是通过排列明文和密文字母表，密文字母表示通过将明文字母表向左或向右移动一个固定数目的位置。例如，当偏移量是左移3的时候（解密时的密钥就是3）： 明文字母表：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ 密文字母表：DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC 使用时，加密者查找明文字母表中需要加密的消息中的每一个字母所在位置，并且写下密文字母表中对应的字母。需要解密的人则根据事先已知的密钥反过来操作，得到原来的明文。例如： 明文：THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE LAZY DOG 密文：WKH TXLFN EURZQ IRA MXPSV RYHU WKH ODCB GRJ 恺撒密码的加密、解密方法还能够通过同余数的数学方法进行计算。首先将字母用数字代替，A=0，B=1，...，Z=25。此时偏移量为n的加密方法即为： 《大数据分析方法与应用》课程教学大纲 课程代码：090542008 课程英文名称：Big Data Analysis: Methods and Applications 课程总学时：40 讲课：40 实验：0 上机：0 适用专业：应用统计学 大纲编写（修订）时间：2017.6 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 本课程是应用统计学专业的一门专业课，通过本课程的学习，可以使学生学会选用适当的方法和技术分析数据，领会大数据分析方法和应用，掌握复杂数据的分析与建模，使学生能够按照实证研究的规范和数据挖掘的步骤进行大数据研发，为就业与继续深造打下必要而有用的基础。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1.基本知识：掌握数据挖掘流程、随机森林树的回归算法、基于预测强度的聚类方法、朴素贝叶斯分类、高维回归及变量选择、图模型等。 2.基本能力：要求能在真实案例中应用相应的方法。 3.基本技能：掌握复杂数据的分析与建模。 （三）实施说明 1. 本大纲主要依据应用统计学专业2017版教学计划、应用统计学专业专业建设和特色发展规划和沈阳理工大学编写本科教学大纲的有关规定并根据我校实际情况进行编写的。 2. 课程学时总体分配表中的章节序号在授课过程中可酌情调整顺序，课时分配仅供参考。打“*”号的章节可删去或选学。 3. 建议本课程采用课堂讲授、讨论相结合的方法开展教学，通过讨论等方式强化重点，通过分散难点，使学生循序渐进的掌握难点。 4．教学手段：建议采用多媒体等现代化手段开展教学。 （四）对先修课的要求 本课程的先修课程：应用多元统计分析。 （五）对习题课、实践环节的要求 通过案例讲解算法，鼓励学生演示分析思路和分析收获，使学生有机会诊断问题，并学会选用适当的方法和技术分析数据。 （六）课程考核方式 1．考核方式：考查 2．考核目标：在考核学生基础知识、基本技能，基本能力的基础上，重点考核学生的分析能力、解决实际问题能力。 3．成绩构成：本课程由平时成绩和结课报告的质量评定优、良、中、及格和不及格。 （七）参考书目: 《大数据分析：方法与应用》，王星编，清华大学出版社，2013. 二、中文摘要 《大数据分析方法与应用》是高等学校应用统计学专业的一门选修的专业课。本课程着重介绍了统计学习、数据挖掘和模式识别等领域的各种大数据分析方法。课程主要内容包括大数据分析概述、数据挖掘流程、随机森林树、基于预测强度的聚类方法、贝叶斯分类和因果学习、高 数据分析处理需求分类 1 事务型处理 在我们实际生活中,事务型数据处理需求非常常见,例如：淘宝网站交易系统、1２306网站火车票交易系统、超市ＰOＳ系统等都属于事务型数据处理系统。这类系统数据处理特点包括以下几点: 一就是事务处理型操作都就是细粒度操作,每次事务处理涉及数据量都很小。 二就是计算相对简单，一般只有少数几步操作组成，比如修改某行得某列; 三就是事务型处理操作涉及数据得增、删、改、查,对事务完整性与数据一致性要求非常高。 四就是事务性操作都就是实时交互式操作,至少能在几秒内执行完成； 五就是基于以上特点,索引就是支撑事务型处理一个非常重要得技术. 在数据量与并发交易量不大情况下,一般依托单机版关系型数据库,例如OＲＡＣLＥ、MＹSQL、SQＬSERVER,再加数据复制（DataGurａd、RＭAＮ、ＭｙSQＬ数据复制等)等高可用措施即可满足业务需求。 在数据量与并发交易量增加情况下，一般可以采用ORＡLＣＥRAC集群方式或者就是通过硬件升级（采用小型机、大型机等，如银行系统、运营商计费系统、证卷系统)来支撑. 事务型操作在淘宝、1230６等互联网企业中,由于数据量大、访问并发量高，必然采用分布式技术来应对,这样就带来了分布式事务处理问题，而分布式事务处理很难做到高效，因此一般采用根据业务应用特点来开发专用得系统来解决本问题。 ２数据统计分析 数据统计主要就是被各类企业通过分析自己得销售记录等企业日常得运营数据,以辅助企业管理层来进行运营决策。典型得使用场景有:周报表、月报表等固定时间提供给领导得各类统计报表;市场营销部门,通过各种维度组合进行统计分析,以制定相应得营销策略等． 数据统计分析特点包括以下几点: 一就是数据统计一般涉及大量数据得聚合运算，每次统计涉及数据量会比较大。二就是数据统计分析计算相对复杂，例如会涉及大量goｕpbｙ、子查询、嵌套查询、窗口函数、聚合函数、排序等；有些复杂统计可能需要编写ＳQＬ脚本才能实现． 三就是数据统计分析实时性相对没有事务型操作要求高。但除固定报表外,目前越来越多得用户希望能做做到交互式实时统计； 传统得数据统计分析主要采用基于ＭＰP并行数据库得数据仓库技术.主要采用维度模型,通过预计算等方法，把数据整理成适合统计分析得结构来实现高性能得数据统计分析，以支持可以通过下钻与上卷操作,实现各种维度组合以及各种粒度得统计分析。 另外目前在数据统计分析领域,为了满足交互式统计分析需求，基于内存计算得数据库仓库系统也成为一个发展趋势,例如SAP得HANA平台。 3 数据挖掘 数据挖掘主要就是根据商业目标，采用数据挖掘算法自动从海量数据中发现隐含在海量数据中得规律与知识。 Ex.1(p20)若将y ← uniform(0, 1) 改为y ← x, 则上述的算法估计的值是什么？解：若将y ← uniform(0, 1) 改为y ← x，此时有，则k++，即，此时k++，由于此时x ← uniform(0, 1)，所以k/n=，则此时4k/n=2。所以上述算法估计的值为2。Ex.2(p23) 在机器上用估计π值，给出不同的n值及精度。解：由ppt上p21可知，的大小，其中k为落入圆内的数目，n为总数，且π=，即需要计算4k/n。我们先令x ← un iform(0, 1)，y ← uniform(0, 1)。计算 的值，如果小于等于1，那么此时k++。最后计算4k/n的值即可估计此时的π值。代码的主要部分为： 执行结果为： 结果分析：随着N的取值不断地增加，得到的π值也就越来越精确。 Ex.3(p23) 设a, b, c和d是实数，且a ≤ b, c ≤ d, f:[a, b] → [c, d]是一个连续函数，写一概率算法计算积分： 注意，函数的参数是a, b, c, d, n和f, 其中f用函数指针实现，请选一连续函数做实验，并给出实验结果。 解：的值为y=，y=0，x=a，x=b围成的面积。根据之前的例子我们可以知道 = k(b-a)d/n。其中k是落在函数y=，x=a，x=b以及y=0所包围区间内的个数。代码的主要部分为： 运行结果为： 结果分析： 随着N的取值不断地增加，得到的积分值越来越精确。 Ex4(p24). 设ε,δ是(0,1)之间的常数，证明：若I是的正确值，h是由HitorMiss算法返回的值，则当n ≥ I(1-I)/ε2δ时有： Prob[|h-I| < ε] ≥ 1 –δ 上述的意义告诉我们：Prob[|h-I| ≥ ε] ≤δ, 即：当n ≥ I(1-I)/ ε2δ时，算法的计算结果的绝对误差超过ε的概率不超过δ，因此我们根据给定ε和δ可以确定算法迭代的次数 () 解此问题时可用切比雪夫不等式，将I看作是数学期望。 证明：由切比雪夫不等式可知： P( | X - E(X) | < ε ) ≥ 1 - D(X) / ε2 由题目知，E(X)=I。且根据题意，我们可知，在HotorMiss算法中，若随机选取n个点，其中k个点在积分范围内，则。且k的分布为二项分布B(n，I)（在积分范围内或者不在 积分范围内），则。又因为k=x*n，所以D(X)=I(1-I)/n。再将E(X)和D(X)带入切比雪夫不等式中即可得到 Ex5(p36). 用上述算法，估计整数子集1~n的大小，并分析n对估计值的影响。解：由题知，集合的大小，通过计算新生成的集合中元素的个数来估计原集合的大小，代码的主体部分如下： 加密与解密算法的实现 数据加密标准（DES）算法是一个分组加密算法。它以64位（8字节）为分组对数据加密，其中有8位（第8、16、24、32、40、48、56和64位）用作奇偶校验位，另外的56位为真正的密钥，保密性依赖于密钥，加密和解密过程使用同一个密钥。本实验通过编写一个DES算法加密/解密程序，介绍数据加密/解密原理和技术。 【实验目的】 1）理解加密与解密的基本思想。 2）掌握DES算法的程序设计流程。 3）编写DES加密与解密程序，加深对数据加密与解密的理解，提高网络安全的编程能力。 【实验设备及环境】 1）Windows XP操作系统。 2）VC++ 6.0 编译环境。 【实验任务及内容】 1．DES算法流程 (1)加密程序设计 DES算法的加密过程如图9-10-1所示。 图9-10-1 DES加密算法流程图 设初始置换为IP，运算函数为f，16个子密钥为K i ，则DES加密过程表示如下： L 0R =IP（明文）L R R i R i-1 K i L i =R i-1 ，R i =L i-1 ⊕f（R i-1 ,K i ），其中，i =1,2,…,16 密文=IP-1（R 16L 16） (2)解密程序设计 DES解密和加密使用相同的算法，唯一不同的是密钥次序相反，即只需要把16个密钥的顺序倒过来。DES解密过程可用符号表示如下： R 16L 16 =IP（密文） R i-1=L i ，L i-1 = R i ⊕f（R i-1 ,K i ），其中，i =1,2,…,64 明文=IP-1（R0L0） 2．DES类设计 定义一个名为SDES的类，用以实现标准的DES加解密算法。SDES类定义位于SDES.h 文件中，代码如下： enum {ENCRYPT,DECRYPT}; 大数据技术与应用专业详细解读 大数据技术与应用专业是新兴的“互联网+”专业，大数据技术与应用专业将大数据分析挖掘与处理、移动开发与架构、人软件开发、云计算等前沿技术相结合，并引入企业真实项目演练，依托产学界的雄厚师资，旨在培养适应新形势，具有最新思维和技能的“高层次、实用型、国际化”的复合型大数据专业人才。 专业背景 近几年来，互联网行业发展风起云涌，而移动互联网、电子商务、物联网以及社交媒体的快速发展更促使我们快速进入了大数据时代。截止到目前，人们日常生活中的数据量已经从TB(1024GB=1TB)级别一跃升到PB(1024TB=1PB)、EB(1024PB=1EB)乃至ZB(1024EB=1ZB)级别，数据将逐渐成为重要的生产因素，人们对于海量数据的运用将预示着新一波生产率增长和消费者盈余浪潮的到来。大数据时代，专业的大数据人才必将成为人才市场上的香饽饽。当下，大数据从业人员的两个主要趋势是：1、大数据领域从业人员的薪资将继续增长；2、大数据人才供不应求。 图示说明：2012-2020年全球数据产生量预测 专业发展现状 填补大数据技术与应用专业人才巨大缺口的最有效办法无疑还需要依托众多的高等院校来培养输送，但互联网发展一日千里，大数据技术、手段日新月异，企业所需要的非常接地气的人才培养对于传统以培养学术型、科研型人才为主要使命的高校来说还真有些难度。幸好这个问题已经被全社会关注，政府更是一再提倡产教融合、校企合作来创办新型前沿几 乎以及“互联网+”专业方向，也已经有一些企业大胆开始了这方面的创新步伐。据我了解，慧科教育就是一家最早尝试高校校企合作的企业，其率先联合各大高校最早开设了互联网营销，这也是它们的优势专业，后来慧科教育集团又先后和北京航空航天大学、对外经济贸易大学、贵州大学、华南理工大学、宜春学院、广东开放大学等高校在硕、本、专各个层次开设了大数据专业方向，在课程体系研发、教学授课及实训实习环节均有来自BAT以及各大行业企业一线的技术大拿参与，所培养人才能够很好地满足企业用人需求。 专业示例 笔者在对慧科教育的大数据技术与应用专业做了专门研究，共享一些主要特色给大家参考： 1.培养模式 采用校企联合模式，校企双方（即慧科教育集团和合作校方）发挥各自优势，在最大限度保证院校办学特色及专业课程设置的前提下，植入相应前沿科技及特色人才岗位需求的企业课程。 2.课程体系 笔者对慧科教育的大数据技术与应用做了专门研究，现分享一下慧科专业共建的课程给大家参考。慧科教育集团的专业课程重在培养学生的理论知识和动手实践能力，学生在完成每个学期的理论学习后，至少有两个企业项目实战跟进，让学生在项目中应用各类大数据技术，训练大数据思路和实践步骤，做到理论与实践的充分结合。 大数据专业的课程体系包括专业基础课、专业核心课、大数据架构设计、企业综合实训等四个部分。 using System; using System.IO; using System.Security.Cryptography; using System.Text; namespace BS.Utility { public class MySecurity { #region 构造函数 public MySecurity() { } #endregion #region ( 0 )Rijndael算法 private SymmetricAlgorithm mobjCryptoService= new RijndaelManaged(); private static string Key= "Guz(%&hj7x89H$yuBI0456FtmaT5&fvHUFCy76*h%(HilJ $lhj!y6&(*jkP87jH7 "; /// 加密技术及密码破解实验报告
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