浅析C语言编译方案应用
最后更新时间：2024-01-23
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论文导读：J，SamydeD.Electromagneticanalysis（EMA）：Measuresandcountermea12下一页
【 摘 要 】 随着计算机技术飞速发展，编程技术取得巨大进步，各种各样的程序为我们学习工作生活提供了很大方便，编程工具和语言类型也空前丰富。其中，C语言由于实现速度快，逻辑性强，在编程技术中占有重要地位，成为研究开发的重要工具，很多环境下非常便捷。本文从研究角度出发，以总结的方式，介绍在采用C语言编译方案并进行分析的过程，在应用中不断学习。
【 关键词 】 C语言；方案；模拟
1 引言
在信息化时代，对信息的存储、处理和传输的安全需求越来越迫切。随着互联网的广泛应用，信息安全已经成为关乎国家、社会、经济和军事安全的重要课题。解决这一理由的有效手段之一是使用现代技术，因此对技术的研究有重大作用。
有现代数学理论的支撑，技术越来越成熟。除了理论上的分析，有时候需要进行实验模拟，通过编程运转获得运转参数或效率分析，还有对方案进行分析攻击。通过C语言编程的体会，总结编程的经验。
2 C语言编程的特点
C语言编程作为计算机类的必修课，应用广泛，各方面具有较大优势主要有几点：一是C语言灵活性比较好，代码运转效率高，软件开发运转可以接触到机器底层；二是C语言编程工具，例如MFC拥有着庞大的库，掌握了这些库函数可以为编程带来很大便利；三是与操作系统结合更紧密，编译和运转具有优势。
编程也具有其自身特点，以经典分组为例，首先算法通常是对某一字符串进行加密，偏向于对字节或比特的操作；其次，编译时字节长度、字符类型可能变化，需及时调整。当然，方案通常结构明确，各部件功能清晰，给编程带来方便。
3 采用C语言对方案进行编程
采用C语言编译方案时，可按照以程，同样以经典分组为例。分组包括SPN、Feistel和Lai-Massy三种结构，但总体上有共性，都包含共同组件：S盒、P层、主函数和迭代结构。
S盒的实现：S盒的实现比较简单，通常把S盒定义成一个一元数组，其中，i是数组中第i位置，在方案中代表S盒的输入；数组的值作为S盒的输出，output=S[input]，这样就实现了S盒运算。
P层的实现：P函数的实现相对要复杂一些，因为不同方案，P函数通常不同，甚至采用的数学工具和运转结构上都大相径庭。不过归纳而言，无非是针对比特运算或者是针对字节的运算。针对比特的运算只要将每个比特看作一个元素，而针对字节的运算就不能简单的将字节看作元素，如果伴随着字节长度的变换，需要重新定义字节，在完成运算之后再将字节长度增加或减少。字节长度变换可以采用以下策略：
将32比特的字拆成8比特的字节：
a[i]=（a>>8*i）&0xff；
将8比特字节连成32比特字：
a=（a[3]<<24）|a[2]<<16|a[1]<<8|a[0]。
其他变换可按照同样策略，也包括4比特的半字节操作。还有一点要注意，大多数计算机运算的最大长度是32比特，运转更大长度时需要进行拆分，也是以数组的形式实现，拆分运算之后再连接成原长度。
主函数：主函数在实现时，直接调用已编写过的S、P函数，经典分组方案具有多轮迭代结构，所以主函数只定义其中一轮操作，目标是表达出一轮加密过程完整的逻辑结构，再由迭代操作完成轮数制约。首先对字节赋初值，将要加密的字段分成几个数组，而后运算，下面是一次攻击中主函数代码的一部分，包括子密钥加、S盒运算、P层运算。具体的S、P函数在此未列出。
for（int round=0；round<12；round++）
{
AddRoundKey（ciphertext，k[round]）；
S（ciphertext）；
P（ciphertext）；
}
AddRoundKey（ciphertext，k[12]）；
}
迭代结构：迭代结构在实现过程中，最需要注意的是迭代轮数的设定。根据具体的方案要求，大多数迭代的最后一轮只是子密钥加，而不包含S、P的操作，所以最后一轮迭代不能参与到主函数的迭代中，而要单独运转，这样主函数的迭代次数和循环轮数不一致。
4 其他
在编译方案时还有其他一些需要添加的部件，例如计时程序、随机数产生程序等。
计时程序：计时程序在效率对比方面比较重要，对的攻击通常需要对运转时间和效率进行评估，所以从程序执行开始到结束需要设置计时程序。
头文件：
#include"time.h"
计时程序开始：
clock_tstart，finish；
double duration；
start=clock（）；
计时程序结束：
finish=clock（）；
duration=（double）（finish-start）/CLOCKS_PER_SEC；
printf（"＼n%fsecond"，duration）；
system（"pause"）；
生成4以内随机数：
srand（（int）time（NULL））；
rand（）%4。
涉及到分析时，还有更多的细节需要注意。
参考文献
[1] Biham E， Shamir A. Differential fault analysis of secret key cryptosystems [ C ]. Proceedings of the 17th Annual Internation Cryptology Conferenec on Advances in Cryptology.
[2] Tunstall Michael， MukhopadhyayDebdeep. DifferentialFault Analysis of the AdvancedEncryption Standard Using aSingle Fault. 2009. Available at http： //eprint.iacr. org/2009 /575.
[3] Quisquater J J， Samyde D. Electromagnetic analysis（EMA）： Measures and countermea论文导读：sureorartcards//ProceedingsoftheSmartCardsProgrammingandSecurity（e-Smart2001）.LNCS2140.Cannes，France，2001：200-210.作者简介：范存洋（1989-），男，山东高密人，现就读与陕西工程大学，研究生在读；主要研究方向和关注领域：学。上一页12
sures for art cards//Proceedings of the Smart Cards Programming and Security（e-Smart 2001）. LNCS 2140. Cannes， France， 2001： 200-210.
作者简介：
范存洋（1989-），男，山东高密人，现就读与陕西工程大学，研究生在读；主要研究方向和关注领域：学。
【 摘 要 】 随着计算机技术飞速发展，编程技术取得巨大进步，各种各样的程序为我们学习工作生活提供了很大方便，编程工具和语言类型也空前丰富。其中，C语言由于实现速度快，逻辑性强，在编程技术中占有重要地位，成为研究开发的重要工具，很多环境下非常便捷。本文从研究角度出发，以总结的方式，介绍在采用C语言编译方案并进行分析的过程，在应用中不断学习。
【 关键词 】 C语言；方案；模拟
1 引言
在信息化时代，对信息的存储、处理和传输的安全需求越来越迫切。随着互联网的广泛应用，信息安全已经成为关乎国家、社会、经济和军事安全的重要课题。解决这一理由的有效手段之一是使用现代技术，因此对技术的研究有重大作用。
有现代数学理论的支撑，技术越来越成熟。除了理论上的分析，有时候需要进行实验模拟，通过编程运转获得运转参数或效率分析，还有对方案进行分析攻击。通过C语言编程的体会，总结编程的经验。
2 C语言编程的特点
C语言编程作为计算机类的必修课，应用广泛，各方面具有较大优势主要有几点：一是C语言灵活性比较好，代码运转效率高，软件开发运转可以接触到机器底层；二是C语言编程工具，例如MFC拥有着庞大的库，掌握了这些库函数可以为编程带来很大便利；三是与操作系统结合更紧密，编译和运转具有优势。
编程也具有其自身特点，以经典分组为例，首先算法通常是对某一字符串进行加密，偏向于对字节或比特的操作；其次，编译时字节长度、字符类型可能变化，需及时调整。当然，方案通常结构明确，各部件功能清晰，给编程带来方便。
3 采用C语言对方案进行编程
采用C语言编译方案时，可按照以程，同样以经典分组为例。分组包括SPN、Feistel和Lai-Massy三种结构，但总体上有共性，都包含共同组件：S盒、P层、主函数和迭代结构。
S盒的实现：S盒的实现比较简单，通常把S盒定义成一个一元数组，其中，i是数组中第i位置，在方案中代表S盒的输入；数组的值作为S盒的输出，output=S[input]，这样就实现了S盒运算。
P层的实现：P函数的实现相对要复杂一些，因为不同方案，P函数通常不同，甚至采用的数学工具和运转结构上都大相径庭。不过归纳而言，无非是针对比特运算或者是针对字节的运算。针对比特的运算只要将每个比特看作一个元素，而针对字节的运算就不能简单的将字节看作元素，如果伴随着字节长度的变换，需要重新定义字节，在完成运算之后再将字节长度增加或减少。字节长度变换可以采用以下策略：
将32比特的字拆成8比特的字节：
a[i]=（a>>8*i）&0xff；
将8比特字节连成32比特字：
a=（a[3]<<24）|a[2]<<16|a[1]<<8|a[0]。
其他变换可按照同样策略，也包括4比特的半字节操作。还有一点要注意，大多数计算机运算的最大长度是32比特，运转更大长度时需要进行拆分，也是以数组的形式实现，拆分运算之后再连接成原长度。
主函数：主函数在实现时，直接调用已编写过的S、P函数，经典分组方案具有多轮迭代结构，所以主函数只定义其中一轮操作，目标是表达出一轮加密过程完整的逻辑结构，再由迭代操作完成轮数制约。首先对字节赋初值，将要加密的字段分成几个数组，而后运算，下面是一次攻击中主函数代码的一部分，包括子密钥加、S盒运算、P层运算。具体的S、P函数在此未列出。
for（int round=0；round<12；round++）
{
AddRoundKey（ciphertext，k[round]）；
S（ciphertext）；
P（ciphertext）；
}
AddRoundKey（ciphertext，k[12]）；
}
迭代结构：迭代结构在实现过程中，最需要注意的是迭代轮数的设定。根据具体的方案要求，大多数迭代的最后一轮只是子密钥加，而不包含S、P的操作，所以最后一轮迭代不能参与到主函数的迭代中，而要单独运转，这样主函数的迭代次数和循环轮数不一致。
4 其他
在编译方案时还有其他一些需要添加的部件，例如计时程序、随机数产生程序等。
计时程序：计时程序在效率对比方面比较重要，对的攻击通常需要对运转时间和效率进行评估，所以从程序执行开始到结束需要设置计时程序。
头文件：
#include"time.h"
计时程序开始：
clock_tstart，finish；
double duration；
start=clock（）；
计时程序结束：
finish=clock（）；
duration=（double）（finish-start）/CLOCKS_PER_SEC；
printf（"＼n%fsecond"，duration）；
system（"pause"）；
生成4以内随机数：
srand（（int）time（NULL））；
rand（）%4。
涉及到分析时，还有更多的细节需要注意。
参考文献
[1] Biham E， Shamir A. Differential fault analysis of secret key cryptosystems [ C ]. Proceedings of the 17th Annual Internation Cryptology Conferenec on Advances in Cryptology.
[2] Tunstall Michael， MukhopadhyayDebdeep. DifferentialFault Analysis of the AdvancedEncryption Standard Using aSingle Fault. 2009. Available at http： //eprint.iacr. org/2009 /575.
[3] Quisquater J J， Samyde D. Electromagnetic analysis（EMA）： Measures and countermea论文导读：sureorartcards//ProceedingsoftheSmartCardsProgrammingandSecurity（e-Smart2001）.LNCS2140.Cannes，France，2001：200-210.作者简介：范存洋（1989-），男，山东高密人，现就读与陕西工程大学，研究生在读；主要研究方向和关注领域：学。上一页12
sures for art cards//Proceedings of the Smart Cards Programming and Security（e-Smart 2001）. LNCS 2140. Cannes， France， 2001： 200-210.
作者简介：
范存洋（1989-），男，山东高密人，现就读与陕西工程大学，研究生在读；主要研究方向和关注领域：学。