基于C，C++的信息安全应用
要求：
记笔记；
安装VS2008。平时严格，考试宽松
下载地址：
C、C++与JAVA(C#)的关系：语法相似，后者无指针。前者涉及考研、后者基于网络应用、前者基于底层。相辅相成。
信息安全原理与应用 赵树升 2012
信息安全原理与应用 赵树升 2012
包括的内容
1、数据加密
2、软件保护
3、病毒分析
4、文档安全
5、网络安全
信息安全原理与应用 赵树升 2012
信息安全原理与应用 赵树升 2012
1、C语言常用知识
1)数据类型
char BYTE char *p BYTE*p2
int DWORD int *pin, DWORD *pw;
结构定义、声明、使用
typedef struct _AAA{
int x;
char y; }AAA;
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定义：
AAA a;
使用：
=5;
=6;
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2)常用指令
int x=sizeof(int);
for(int i=0; i<100; i++)x+=i;
do{
x+=i;
if(i==100)break;
i++;
}while(TRUE);
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3) 函数的定义、调用：回忆上学期三种传参数
大家再默写一次吧。
4)内存分配：各自的优缺点
静态方式： char s[1024];
使用：s[5]=‘a’;
动态方式： char *ps=new char[1024];
ps[5]=‘a’; 或 *(ps+5)=‘a’;
delete []ps
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5)指针与变量的关系
指针是无符号32位整数，是变量的地址
int x=5;
int *px=&x;
你能画出内存图吗？
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6)字符串操作
有ASCII码与UNICODE方式
定义字符串
char *s1=“abcd”; //只读
wchar_t *s2=L”qqqq”; //用二进制看看格式吧
char ss1[300];
strcpy(ss1,”qqqq”);
strcat(ss1,”vvvvv”); //附加
printf(ss1);
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2、C++知识
类：一类事物的抽象，包括了类成员函数与数据成员
类的声明
class AAA{
public: int x;
int GetA(int a);
};
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3)类对象的定义
AAA a; //静态方式
=5;
动态方式：
AAA *p=new AAA();
p->x=5;
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3、在VC中操作
1)建立对话框应用程序
新建项目VC++MFC应用程序
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2)添加按钮、编辑按钮下的代码。右键选中可以编辑属性、双击可以编辑对应的代码（点击按钮后执行的代码）。程序的执行在：调试开始执行。
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点击按钮后执行的函数
void CtttDlg::OnBnClickedButton1()
{
MessageBox(“hello”);
}
注意： ::表示作用域，即后者是前者的一部分。
void 是类的方法的返回类型、 CtttDlg为类的名字、 OnBnClickedButton1()为类的一个函数。
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3)程序结构
函数的头文件引用
*.h 应用程序的类声明
*.cpp 应用程序的类定义
* 应用程序窗口的类声明
* 应用程序窗口的类定义
d) *.rc 窗口资源文件
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4)应用程序的结构
class CtttApp : public CWinApp //后者是基类
{
public:
CtttApp();
// 重写
public:
virtual BOOL InitInstance(); //应用程序的初始化
// 实现
DECLARE_MESSAGE_MAP()
};
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5)窗口的结构
CtttDlg::CtttDlg(CWnd* pParent /*=NULL*/)
: CDialog(CtttDlg::IDD, pParent) //后者表示基类
//窗口的构造函数（完成初始化）
BOOL CtttDlg::OnInitDialog() //对话框初始化
void CtttDlg::OnBnClickedButton1() //点击按钮后执行的函数
其它都不重要了！
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4) VC操作字符串的类 CString
类似JAVA的string。有问题查MSDN
CString s=“abcdef”; //初始化。注意大小写
char p=“hhhhhh”;
s+=p;
回忆：C#的字符串
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5)VC操作文件类 CFile
CFile fp; //可以到MDN中去查用法
有新建、读、写、读写四种方式。
移动文件指针。文件指针是读写的起始位置。刚打开文件，为0，读写n字节后，向后移动n字节
演练：读一个文件到内存，与0x78异或后再写入原来文件
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C++的排错
1、生成debug 与 release2个版本
2、双击排错
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本次课要求
1、C与C++的嘴基础知识
2、生成一个对话框，有按钮、可以修改字体、找到错误、生成release版本
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第一章 数据的加密
1、需要使用到的VC++知识
2、基本概念
3、最简单的加密
4、DES、AES、SCB2加密
5、RSA 、ECC加密
6、数字签名
7、在C#、JAVA中使用加密算法
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1、使用VS2008中的VC++
(1)生成对话框程序：文件新建项目
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(2)
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添加按钮
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右键属性，修改按钮名字
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分别双击2个按钮，就可以添加代码了
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程序关闭后的重新打开
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添加代码后执行
void CzhaoDlg::OnBnClickedButton1()
{
//加密的代码在此
MessageBox(L“加密”); //L表示用UNICODE字符方式
}
void CzhaoDlg::OnBnClickedButton2()
{
//解密的代码在此
MessageBox(L"解密");
}
//请2组同学重复这个过程
// CzhaoDlg为类的名字，
// OnBnClickedButton1()为类里面的函数
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1、如何编译？
2、如何排错：从上到下，双击错误
3、生成Release版本（不要VS环境的）
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2、数据加密基本知识
(1)密码学（Cryptology）
密码学是研究加密和解密变换的一门科学。通常情况下，人们将可懂的数据或消息称为明文（Plaintext）；将明文变换成的不可懂的数据称为密文（Ciphertext）。把明文变换成密文的过程叫加密（Encryption）；其逆过程，即把密文变换成明文的过程叫解密（Decryption）。明文与密文的相互变换是可逆的变换，并且只存在唯一的、无误差的可逆变换。完成加密和解密的函数称为密码算法（Algorithm）。在计算机上实现的数据加密算法，其加密或解密变换是由密钥（Key）来控制的。密钥是由使用密码体制的用户随机选取的，密钥成为唯一能控制明文与密文之间变换的关键，它通常是一随机数据串。
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(2) 对称密码系统（Symmetric cryptosystem）
如果加密密钥和解密密钥相同，则称其为对称密码加密系统，也叫单密钥系统或私钥密码系统。它使用单个密钥，既用于加密，也用于解密。对称密钥加密是加密大量数据的一种行之有效的方法。
对称密码加密有许多种算法，例如DES，AES等。但所有这些算法都有一个共同的目的，以可还原的方式将明文转换为密文。密文使用加密密钥编码，对于没有解密密钥的任何人来说它都是没有意义的。由于对称密码加密在加密和解密时使用相同的密钥，所以这种加密过程的安全性取决于是否能保证机密密钥的安全。
(3) 非对称密码系统（Asymetric cryptosystem）
非对称密码系统使用两个密钥，分为公钥和私钥，这两个密钥在数学上是相关的。非对称密码系统也叫双钥密码系统或公钥密码系统。
在非对称密码系统应用中，公钥可在通信双方之间公开传递，或在公用储备库中发布，但相关的私钥是保密的。只有使用私钥才能解密用公钥加密的数据。使用私钥加密的数据只能用公钥解密。由于它用私钥加密的数据只能公钥才能还原，该算法被用在数字签名中。
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(4)最简单的加密
在实际软件开发中，如果对被保护的数据安全要求不高，可以采用最简单方式，速度快而且编程简单。主要有三种：
(1) 异或：我们来用C++ 实现加密解密一个文件吧
设明文数据为0x31，与密钥0xff异或则变为0xce，解密时则与密钥再异或一次，数据恢复为原来值。
BYTE e=0x31; //明文， BYTE是无符号字节
BYTE m=0x31^0xff=0xce;//密文
BYTE r=0xce^0xff=0x31;//恢复为明文
(2) 移位
设明文数据为0x31323334，循环右移位5位，变为数据0xa1899199，再循环左依位5位，恢复原来的值。
(3) 查表
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加密代码
CFile fp;
(L”C:\\”, CFile::modeReadWrite);
int len=(int)();
BYTE *p=new BYTE[len];
(p, len);
for(int i=0; i<len ; i++)p[i]^=0xff;
();
(p, len);
();
delete []p;
解密代码和上面完全一样。
上来一组试验，只许抄，不许拷贝代码。锻炼排错能力。
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(5) DES
1971年美国学者塔奇曼（Tuchman）和麦耶（Meyer）根据信息论创始人香农（Shannon）提出的“多重加密有效性理论”创立，后于1977年由美国国家标准局颁布的数据加密标准。
DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，以此来实现关键数据的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密传输，IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等，均用到DES算法。
DES算法把64比特的明文输入块变为64位的密文输出块。如果明文长于64比特，则分组为每组64位，不足则用0补够64位。
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用DES的类加密
CDes des;
if(keyLen%8)keyLen+=keyLen%8;//必须的，要考虑到in补0的部分
char *out= new char[len];
(out,in,inLen,key,keyLen,0);
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用DES的类解密
CDes des;
if(keyLen%8)keyLen+=keyLen%8;//必须的，要考虑到in补0的部分
char *out= new char[len];
(out,in,inLen,key,keyLen,1);
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结果如下
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注意如下：
1、密码是8个字节长
2、如果文件的长度不是8的倍数，则最好将内容与实际长度一起加密。
下面完整演示：
CDes的使用；文件内容与长度一起加密；解密时恢复原来文件长度。
然后请同学们自己来做一遍。
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DES加密一个文件
BYTE key[8]={0x34,0x88,0xf7,0x99,0x6d,0xa5,0x7b,0x96};
CFile fp;
(L”C:\\”, CFile::modeReadWrite);
int len=(int)();
int realLen=len;
if(len%8)len+=(8-len%8)+8; //最后8字节放文件长度
BYTE *p=new BYTE[len];
(p, len);
memcpy(&p[len-8], &realLen, 4);
CDes des;
char *out= new char[len];
(out,p,len,key,8,0);
();
(p, len);
();
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BYTE key[8]={0x34,0x88,0xf7,0x99,0x6d,0xa5,0x7b,0x96};
CFile fp;
(L”C:\\”, CFile::modeReadWrite);
int len=(int)();
BYTE *p=new BYTE[len];
(p, len);
CDes des;
char *out= new char[len];
(out,p,len,key,8,1);
();
(p, len);
int realLen=0;
memcpy(realLen&, &p[len-8], 4);
(realLen);
();
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用随机数生成密钥
BYTE key[8];
srand( (unsigned)time( NULL ) );
for(int i=0; i<8; i++)key[i]=(BYTE) rand() ;
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(6) AES加密
密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称 高级加密标准Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。
该算法为比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计，结合两位作者的名字，以Rijndael之命名之，投稿高级加密标准的甄选流程。（Rijdael的发音近于 "Rhinedoll"。）
比DES速度慢，更安全。常用于企业文档的加密。
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AES的基本要求是，采用对称分组密码体制，密钥长度的最少支持为128、192、256，分组长度128位。AES加密有很多轮的重复和变换。大致步骤如下：1、密钥扩展（KeyExpansion），2、初始轮（Initial Round），3、重复轮（Rounds），每一轮又包括：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey，4、最终轮（Final Round），最终轮没有MixColumns。
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下面的AES中，密钥是16字节的。被加密或解密数据必须采用分组方式，每16字节为一组。最后数据不够16字节，要补齐。
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加密
#include "“
BYTE key[16];
srand( (unsigned)time( NULL ) );
for(int i=0; i<16; i++) key[i]=(BYTE)rand();
Aes aes(16, (unsigned char*)key);
long mLen=1024*1024;
pDat= new BYTE[mLen];
pDat2=new BYTE[mLen];
CFile fp;
(from,CFile::modeReadWrite);
int circle=()/mLen;
for(long j=0; j<circle; j++){
(pDat,mLen); //读取个对象，每个对象的长度是字节
for(long i=0;i<(mLen/16);i++) (pDat+i*16,pDat2+i*16);
(0-mLen, CFile::current);
(pDat2, mLen);
}
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long leftnum=()%mLen;
if(leftnum)
{
memset(pDat,0,mLen);
(pDat,leftnum);
int left=leftnum/16;
if(leftnum%16)left++;
for(int i=0; i<left; i++)(pDat+i*16,pDat2+i*16);
(0-leftnum, CFile::current);
(pDat2, left*16);
}
();
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解密
#include "“
BYTE key[16]={.....}; //要事先知道哦
Aes aes(16, (unsigned char*)key);
long mLen=1024*1024;
pDat= new BYTE[mLen];
pDat2=new BYTE[mLen];
CFile fp;
(from,CFile::modeReadWrite);
int circle=()/mLen;
for(long j=0; j<circle; j++){
(pDat,mLen); //读取个对象，每个对象的长度是字节
for(long i=0;i<(mLen/16);i++) aes. InvCipher(pDat+i*16,pDat2+i*16);
(0-mLen, CFile::current);
(pDat2, mLen);
}
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long leftnum=()%mLen;
if(leftnum)
{
memset(pDat,0,mLen);
(pDat, leftnum);
int left=leftnum/16;
if(leftnum%16)left++;
for(int i=0; i<left; i++)aes. InvCipher(pDat+i*16,pDat2+i*16);
(0-leftnum, CFile::current);
(pDat2, left*16);
}
();
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思考：当加密时如果文件长度不是16的倍数，文件加密后变长。如何模仿DES的做法，在文件解密后长度不变？
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(7) RSA加密
1978年就出现了这种算法，它是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法。算法的名字以发明者的名字首字符命名：RonRivest, AdiShamir 和Leonard Adleman。
RSA算法之所以具有安全性，是基于数论中的一个特性事实：即将两个大的质数合成一个大数很容易，而相反的过程则非常困难。
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RSA 算法描述
1.密钥的产生
(1) 选两个保密的大素数 p和q。
(2) 计算n=p*q,φ(n)=(p-1)*(q-1)，其中φ(n)是n的欧拉函数值。
(3) 选一整数e，使满足1<e<φ(n)，且gcd(φ(n),e)=1。gcd(φ(n),e)=1即是要满足φ(n)与e互为质数。
(4) 计算d，使满足d*e=1mod φ(n)。
(5) 以{e,n}为公开钥，{d,n}为秘密钥。两个素数p和q不再需要，应该丢弃，不要让任何人知道。
2.加密
先将明文m按比特串分组，使得每个分组对应的十进制数小于n，对每组的明文作加密运算。
加密信息 m（二进制表示）时，设把m分成等长数据块 m1,m2,...,mi,…，块长为s ，其中 mi<= n，s尽可能的大。对应的分组密文ei是：
ei = mi^e(mod n) 。
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3.解密
mi =ei^d(mod n) 。
4.举例
选p=7，q=17。求n=p*q=119,且φ(n)=(p-1)*(q-1)=96。取e=5,满足1<e<φ(n)，且gcd(φ(n),e)=1。确定满足d*e=1 mod 96 且小于的d，因为 77*5=385=4*96+1，所以选d为77，因此公开钥为{5,119}，秘密钥为{77,119}。设明文 m=19，则由加密过程得到密文为：
c=195 mod 119= 2476099 mod 119 =66 。
解密为：
6677 mod 119 = 19 。
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(8)ECC加密
ECC（Elliptic Curves Cryptography，椭圆曲线密码编码学）。现在我们描述一个利用椭圆曲线进行加密通信的过程： 1、用户A选定一条椭圆曲线Ep(a,b)，并取椭圆曲线上一点，作为基点G。 2、用户A选择一个私有密钥k，并生成公开密钥K=kG。 3、用户A将Ep(a,b)和点K，G传给用户B。 4、用户B接到信息后 ，将待传输的明文编码到Ep(a,b)上一点M（编码方法很多，这里不作讨论），并产生一个随机整数r（r<n）。 5、用户B计算点C1=M+rK；C2=rG。 6、用户B将C1、C2传给用户A。 7、用户A接到信息后，计算C1-kC2，结果就是点M。因为 C1-kC2=M+rK-k(rG)=M+rK-r(kG)=M 再对点M进行解码就可以得到明文。 在这个加密通信中，如果有一个偷窥者H ，他只能看到Ep(a,b)、K、G、C1、C2 而通过K、G 求k 或通过C2、G求r 都是相对困难的。因此，H无法得到A、B间传送的明文信息。
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使用方法
#include "“
#pragma comment(lib, "")
CEccEncrypt cee;
cee. ECCGenerateKey(); //产生密钥对
(filepath, ecryptFile, pubKey);
//用公钥加密文件
(filepath, decryptedFile, priKey);
//用私钥解密文件
见例子
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ECC 加密举例
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1、ECC加密开发包中的“CRYPTOPP”放到文件夹 \myECC\myECC下
2、文件 和也放到
文件夹 \myECC\myECC下
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添加项目
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添加代码：头文件、库文件
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双击按钮添加代码
void CECC加密Dlg::OnBnClickedButton1()
{ //生成缺省的密钥对
CEccEncrypt cee;
();
}
void CECC加密Dlg::OnBnClickedButton2()
{ //用公钥对文件加密成
CEccEncrypt cee;
("","");
}
void CECC加密Dlg::OnBnClickedButton3()
{//用私钥把文件解密成
CEccEncrypt cee;
("","");
}
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在程序路径下建立新文件
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(9)Md5防篡改：单向散列函数
单向散列函数（简称“H函数”或“Hash函数”）用于对要传输的数据作运算生成信息摘要，它并不是一种加密机制，但却能产生信息的数字“指纹”，它的目的是为了确保数据没有被修改或变化，保证信息的完整性不被破坏。
单向散列函数最主要的用途是数字签名。具体过程为：
(1) 甲先用单向散列函数对某个信息（如合同的电子文件）A进行计算，得到128位的结果B，再用私钥K对B进行加密，得到C，该数据串C就是甲对合同A的签名。
(2) 他人（乙）的验证过程为：乙用单向散列函数对A进行计算，得到结果B1，对签名C用甲的公钥K1进行加工，得到数据串B2，如果B1=B2，则签名是真的，反之签名则为假冒的。
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应用举例:
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#include "“
md5 myMd5;
myMd5. Update(chInput, nInputLen);//可以循环
myMd5. Finalize(); //结束
myMd5. Digest(); //得到MD5值，16字节数组
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附：C++使用文件打开对话框
CFileDialog dlg(TRUE, NULL, NULL, OFN_HIDEREADONLY | OFN_OVERWRITEPROMPT|OFN_ALLOWMULTISELECT,NULL, this);
= (BSTR)L"C:\\Program Files";
//设置对话框默认呈现的路径
=L"可执行文件(*.exe)\0*.exe\0\0";
//L表示使用宽字符
if(() != IDOK)return;
CString strFilePath=();
// CString 是字符串类
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附：搜索文件
CString m_FileDir;
wchar_t szDisplayName[_MAX_PATH];
BROWSEINFO bi;
ZeroMemory(&bi, sizeof(BROWSEINFO));
= m_hWnd;
// = BIF_RETURNONLYFSDIRS;
= szDisplayName;
= L"选择一个文件夹";
m_FileDir = szFolder;//选择的文件夹路径
搜索文件夹代码如下（没有考虑到搜索子文件夹）：
CString DirName="C:\\Program Files\\UDG_Scaner\\had\\*.*";
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CFileFind OneFile;
CString fName="",name="";
BOOL BeWorking;
BeWorking = ( DirName );
while ( BeWorking ) {
BeWorking = ();
if ( !() && !() )
{
fName=();
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信息安全原理与应用 赵树升 2012
信息安全原理与应用 赵树升 2012
作业
1、用DES对文件加密
2、用AES对文件加密
3、用ECC对文件加密
4、用MD5对文件进行签名
5、MD5与AES的综合应用。MD5数据放在最后
6、使用对话框，可以选择加密算法、产生随机数密钥，对文件加密解密。
已经掌握的同学可以去学习在C#和JAVA中如何实现。
信息安全原理与应用 赵树升 2012
信息安全原理与应用 赵树升 2012
