A5/1 구현
대칭키 암호화의 스트림 사이퍼의 한 방법인
A5/1을 C++을 이용해서 구현해보았다.
키 값과 평문 입력
우선 키 값과 평문을 입력받는다.
키 값은 64자리의 2진수가 아니라면 오류 메시지를 표시하게 만들었다.
입력받은 평문은 글자 하나당 8비트로 저장해주었다.
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// 문자를 8자리로 된 2진수로 바꾸는 과정
for (int i = 0; i < input.length(); i++)
plain_text += bitset<8>(input[i]).to_string();
bitset함수를 이용하여 변환해주었다.
암호화 과정
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// 암호화
void encrypt() {
make_keystream();
for (int i = 0; i < keystream.size(); i++)
cipher_text.push_back((plain_text[i] - '0') ^ keystream[i]);
}
암호화는 우선 키 스트림을 만들고
만들어진 키 스트림과 평문을 XOR연산하여 만들어준다.
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// 키 스트림 생성
void make_keystream() {
int len = plain_text.length();
for (int i = 0; i < len; i++) {
int maj = X[8] + Y[10] + Z[10];
if (maj > 1) {
if (X[8] == 1)
bit_shift('X');
if (Y[10] == 1)
bit_shift('Y');
if (Z[10] == 1)
bit_shift('Z');
}
else {
if (X[8] == 0)
bit_shift('X');
if (Y[10] == 0)
bit_shift('Y');
if (Z[10] == 0)
bit_shift('Z');
}
keystream.push_back(X[18] ^ Y[21] ^ Z[22]);
}
}
maj 값을 구한 후 해당하는 레지스터의 비트를 쉬프트해준다.
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// 키 스트림을 만드는 과정 중 비트 쉬프트와 [0]자리 값 생성
void bit_shift(char a) {
if (a == 'X') {
int t = X[13] ^ X[16] ^ X[17] ^ X[18];
for (int i = 18; i > 0; i--)
X[i] = X[i - 1];
X[0] = t;
}
else if (a == 'Y') {
int t = Y[20] ^ Y[21];
for (int i = 21; i > 0; i--)
Y[i] = Y[i - 1];
Y[0] = t;
}
else if (a == 'Z') {
int t = Z[7] ^ Z[20] ^ Z[21] ^ Z[22];
for (int i = 22; i > 0; i--)
Z[i] = Z[i - 1];
Z[0] = t;
}
}
복호화 과정
복호화를 하기 전 레지스터 값과 키 스트림 값을 초기화 해주었다.
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// 복호화
void decrypt() {
make_keystream();
for (int i = 0; i < keystream.size(); i++)
res.push_back((cipher_text[i]) ^ keystream[i]);
}
복호화는 암호화와 마찬가지로 키 스트림을 만들어주고
만들어진 키 스트림과 암호문을 XOR연산해서 진행한다.
실행화면
전체 코드
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#include<iostream>
#include<vector>
#include<bitset>
#include<math.h>
#include<string>
using namespace std;
vector<int>X(19);
vector<int>Y(22);
vector<int>Z(23);
vector<int>keystream;
vector<int>cipher_text;
vector<int>res;
string key, plain_text, input;
// 2진수로 된 문자열을 원래대로 복구하는 함수
string binary_to_string(vector<int>& arr) {
string res;
for (int i = 0; i < arr.size(); i += 8) {
int k = 0;
for (int j = 0; j < 8; j++)
k += arr[i + j] * pow(2, (7 - j));
res += (char)k;
}
return res;
}
// 키 스트림을 만드는 과정 중 비트 쉬프트와 [0]자리 값 생성
void bit_shift(char a) {
if (a == 'X') {
int t = X[13] ^ X[16] ^ X[17] ^ X[18];
for (int i = 18; i > 0; i--)
X[i] = X[i - 1];
X[0] = t;
}
else if (a == 'Y') {
int t = Y[20] ^ Y[21];
for (int i = 21; i > 0; i--)
Y[i] = Y[i - 1];
Y[0] = t;
}
else if (a == 'Z') {
int t = Z[7] ^ Z[20] ^ Z[21] ^ Z[22];
for (int i = 22; i > 0; i--)
Z[i] = Z[i - 1];
Z[0] = t;
}
}
// 키 스트림 생성
void make_keystream() {
int len = plain_text.length();
for (int i = 0; i < len; i++) {
int maj = X[8] + Y[10] + Z[10];
if (maj > 1) {
if (X[8] == 1)
bit_shift('X');
if (Y[10] == 1)
bit_shift('Y');
if (Z[10] == 1)
bit_shift('Z');
}
else {
if (X[8] == 0)
bit_shift('X');
if (Y[10] == 0)
bit_shift('Y');
if (Z[10] == 0)
bit_shift('Z');
}
keystream.push_back(X[18] ^ Y[21] ^ Z[22]);
}
}
// 암호화
void encrypt() {
make_keystream();
for (int i = 0; i < keystream.size(); i++)
cipher_text.push_back((plain_text[i] - '0') ^ keystream[i]);
}
// 복호화
void decrypt() {
make_keystream();
for (int i = 0; i < keystream.size(); i++)
res.push_back((cipher_text[i]) ^ keystream[i]);
}
int main() {
cout << "키 값을 입력해주세요(64비트) : ";
cin >> key;
if (key.length() != 64) {
cout << "키 값의 길이가 잘못되었습니다";
return 0;
}
for (int i = 0; i < 64; i++) {
if (key[i] != '0' && key[i] != '1') {
cout << "키 값이 잘못되었습니다";
return 0;
}
if (i < 19)
X[i] = key[i] - '0';
else if (i < 41)
Y[i - 19] = key[i] - '0';
else if (i < 64)
Z[i - 41] = key[i] - '0';
}
cout << "평문을 입력해주세요 : ";
getline(cin, input);
getline(cin, input);
// 문자를 8자리로 된 2진수로 바꾸는 과정
for (int i = 0; i < input.length(); i++)
plain_text += bitset<8>(input[i]).to_string();
cout << "평문의 이진수 표현 : " << plain_text << "\n\n";
cout << "A5/1을 이용해 암호화 중입니다.....\n\n";
encrypt();
cout << "만들어진 키 스트림 : ";
for (int i = 0; i < keystream.size(); i++)
cout << keystream[i];
cout << "\n암호화된 평문(이진수) : ";
for (int i = 0; i < cipher_text.size(); i++)
cout << cipher_text[i];
cout << "\n암호화된 평문(문자열) : " << binary_to_string(cipher_text) << "\n\n";
cout << "register 값과 keystream 값을 초기화하는 중입니다.....\n\n";
// 복호화하기 전 register 값과 keystream 값 초기화
for (int i = 0; i < 64; i++) {
if (i < 19)
X[i] = key[i] - '0';
else if (i < 41)
Y[i - 19] = key[i] - '0';
else if (i < 64)
Z[i - 41] = key[i] - '0';
}
keystream.clear();
cout << "복호화하는 중입니다.....\n\n";
decrypt();
cout << "복호화된 평문(문자열) : " << binary_to_string(res) << "\n";
return 0;
}