DES加密算法的分析与实现实验指导书Word文件下载.docx
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这样，便保证了核心数据（如PIN、MAC等）在公共通信网中传输的安全性和可靠性。
通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key，便能更进一步提高数据的保密性，这正是现在金融交易网络的流行做法。
2、DES算法加密过程：
2.1、加密流程图如下所示：
2.2、明文的初始置换：
是把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位，其置换规则见下表：
58,50,42,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,
57,49,41,33,25,17,9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,
61,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7,
即将输入的第58位换到第一位，第50位换到第2位，...，依此类推，最后一位是原来的第7位。
L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0是右32位，例：
设置换前的输入值为D1D2D3......D64，则经过初始置换后的结果为：
L0=D58D50...D8；
R0=D57D49...D7。
2.3、子密钥ki（k1-k16）的生成:
•第一步：
将64位密钥除去第8,…,64位形成56位密钥。
•第二步：
对56位密钥进行位置置换PC1。
•第三步：
将56位的密钥分左右各28位。
•第四步：
分别对两个部分进行一定次数的循环左移。
•第五步：
经置换运算PC2,形成本轮的子密钥Ki.
•第六步：
将第4步的输出送入第2步继续迭代直至16轮结束，便生成了16个子密钥。
子密钥生成流程图
◆其中pc1矩阵为（方法和前面的明文置换矩阵一致）：
57
49
41
33
25
17
9
1
58
50
42
34
26
18
10
2
59
51
43
35
27
19
11
3
60
44
36
65
55
47
39
31
23
15
7
62
54
46
38
30
22
14
6
61
53
45
37
29
21
13
5
28
20
12
4
◆其中置换选择矩阵pc2为
24
28
4
8
16
52
40
48
56
32
◆其中循环左移的位数为：
1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1（即第一次循环左移1位，第三次为2位，……第十五次为2位，第十六次为1位）
2.4、DES算法中跌代过程
第一步：
将上轮计算结果分为左右32位两个部分。
对右部进行扩展置换运算E，将数据扩展为48位。
和本轮的子密钥进行异或操作。
压缩置换运算S，将数据压缩为32位。
置换运算P。
和左部32位进行异或操作。
将结果输出到结果的右部
结果的左部直接由上轮输入数据的右部构成。
组合左部和右部就形成了下一轮输入的数据。
◆其中：
扩展转换运算E为（将32位扩展成48位）
32,1,2,3,4,5,4,5,6,7,8,9,8,9,10,11, 12,13,12,13,14,15,16,17,16,17,18,19,20,21,20,21, 22,23,24,25,24,25,26,27,28,29,28,29,30,31,32,1,
置换运算矩阵P为：
16,7,20,21,29,12,28,17,1,15,23,26,5,18,31,10,
2,8,24,14,32,27,3,9,19,13,30,6,22,11,4,25,
◆压缩置换运算S计算过程为：
将输入的48位数据自左至右分成8组，每组6位，送入8个Si子运算中，Si子运算是一个非线性代换运算，Si的输出为4位，将8个输出组合后即形成了32位的数据。
每个Si的运算如下：
将输入的1,6位组合形成行，将2,3,4,5位组合形成列
在Si中的对应行列的数字即为Si的输出
选择函数Si
S1:
14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7,
0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8,
4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0,
15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13,
S2:
15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10,
3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5,
0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15,
13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9,
S3:
10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8,
13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1,
13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7,
1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12,
S4:
7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15,
13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9,
10,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,4,
3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14,
S5:
2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,9,
14,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9,8,6,
4,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,14,
11,8,12,7,1,14,2,13,6,15,0,9,10,4,5,3,
S6:
12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11,
10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8,
9,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,6,
4,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13,
S7:
4,11,2,14,15,0,8,13,3,12,9,7,5,10,6,1,
13,0,11,7,4,9,1,10,14,3,5,12,2,15,8,6,
1,4,11,13,12,3,7,14,10,15,6,8,0,5,9,2,
6,11,13,8,1,4,10,7,9,5,0,15,14,2,3,12,
S8:
13,2,8,4,6,15,11,1,10,9,3,14,5,0,12,7,
1,15,13,8,10,3,7,4,12,5,6,11,0,14,9,2,
7,11,4,1,9,12,14,2,0,6,10,13,15,3,5,8,
2,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11,
这里举一个例子：
假设S4的输入为101100，则1,6位组合为10，即第2行，则2,3,4,5位组合为0110，即第6列，因此S4的输出应该是第2行第6列的数字7，即0111。
2.5、逆初始置换：
（和初始转换的方法一样）
经过16次迭代运算后。
得到L16、R16，将此作为输入，进行逆置换，即得到密文输出。
逆置换正好是初始置的逆运算，例如，第1位经过初始置换后，处于第40位，而通过逆置换，又将第40位换回到第1位，其逆置换规则如下表所示：
40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,31,
38,6,46,14,54,22,62,30,37,5,45,13,53,21,61,29,
36,4,44,12,52,20,60,28,35,3,43,11,51,19,59,27,
34,2,42,10,50,18,5826,33,1,41,9,49,17,57,25,
3、DES算法举例
•假设明文m＝computer,密钥m＝program
m=01100011011011110110110101110000
01110101011101000110010101110010
k=01110000011100100110111101100111
011100100110000101101101
•其中01100011和01101111分别是c和o的ASCII码，余此类推。
这里k只有56位，必须插进第8，16，24，32，40，48，56，64位的奇偶校验位成64比特位。
其实，这8位对加密过程无影响。
•明文m经过IP1置换后得：
L0=11111111101110000111011001010111
R0=00000000111111110000011010000011
密钥k经过PC-1置换后得：
C0=1110110010011001000110111011
D0=1011010001011000100011100110
各左移1位后通过PC-2得48位子密钥k1:
k1=00111101100011111001101
00110111001111101001000
•R0（32位），经过置换运算E膨胀为48位：
100000000001011111111110
100000001101010001001000
再和k1作异或运算得到：
101111011001100000110011
101101111110101101001110
分成8组：
101111011001100000110011
101101111110101101001110
•通过S运算输出为32位：
01110110001101000010011010100001
以S1子运算为例：
输入为101111，
行b1b6（11）=3,
列b2b3b4b5（0111）=7,
S1矩阵中第3行第7列的数字为7（0111）,
故输出为0111。
其它7个子运算类似。
•S运算结果经过置换运算P后的结果为：
01000100001000001001111010011111
经过第1轮迭代的结果为：
00000000111111110000011010000011
10111011100110001110100011001000
经过第16轮迭代的结果经IP2置换运算后的结果即为密文：
01011000101010000100000110111000
01101001111111101010111000110011
对于DES的加密结果来说，每一比特都是明文m和密钥k的每一比特的复杂函数，即明文m或密钥k改变一个比特都将对密文产生剧烈影响。
4、数据的解密
数据解密的算法与加密算法相同,区别在于1.2.3步中和数据进行按位异或的密钥的使用顺序不同,在加密中是按照第i次迭代就采用第i次迭代生成的密钥进行异或,而解密时第i次迭代就采用第17-i次迭代生成的密钥和数据进行异或.
四、实验要求
按上面所介绍的加密、解密算法用一种程序工具（如C）编程实现DES算法。
五、实验报告要求
1、详细地写出实现此算法的思想；
2、写出程序代码。
六、实验成绩评定
1、上机考勤占20%；
2、详细写出程序的设计思想占20%；
3、DES程序的实现占20%；
4、实验报告占40%。
七、附件：
程序代码
#include<
stdlib.h>
stdio.h>
string.h>
#defineENCRYPT1
#defineDECRYPT0
staticvoidprintHex（char*cmd,intlen）;
staticvoidprintArray（constchar*In,intlen）;
staticvoidF_func（boolIn[32],constboolKi[48]）;
//注释此函数的作用
staticvoidS_func（boolOut[32],constboolIn[48]）;
staticvoidTransform（bool*Out,bool*In,constchar*Table,intlen）;
staticvoidXor（bool*InA,constbool*InB,intlen）;
staticvoidRotateL（bool*In,intlen,intloop）;
staticvoidByteToBit（bool*Out,constchar*In,intbits）;
staticvoidBitToByte（char*Out,constbool*In,intbits）;
//注释以下函数的作用
staticboolSubKey[16][48];
//注释以下代码的作用
conststaticcharPC1_Table[56]=
{
57,49,41,33,25,17,9,
1,58,50,42,34,26,18,
10,2,59,51,43,35,27,
19,11,3,60,52,44,36,
63,55,47,39,31,23,15,
7,62,54,46,38,30,22,
14,6,61,53,45,37,29,
21,13,5,28,20,12,4
};
conststaticcharLOOP_Table[16]=
1,1,2,2,2,2,2,2,
1,2,2,2,2,2,2,1
conststaticcharPC2_Table[48]=
14,17,11,24,1,5,
3,28,15,6,21,10,
23,19,12,4,26,8,
16,7,27,20,13,2,
41,52,31,37,47,55,
30,40,51,45,33,48,
44,49,39,56,34,53,
46,42,50,36,29,32
voidF_funcstaticconstcharE_Table[48]=
32,1,2,3,4,5,
4,5,6,7,8,9,
8,9,10,11,12,13,
12,13,14,15,16,17,
16,17,18,19,20,21,
20,21,22,23,24,25,
24,25,26,27,28,29,
28,29,30,31,32,1
conststaticcharP_Table[32]=
16,7,20,21,
29,12,28,17,
1,15,23,26,
5,18,31,10,
2,8,24,14,
32,27,3,9,
19,13,30,6,
22,11,4,25,
conststaticcharS_Box[8][4][16]=
{
//S1
{14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7},
{0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8},
{4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0},
{15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13}
},
//S2
{15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10},
{3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5},
{0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15},
{13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9}
//S3
{10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8},
{13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1},
{13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7},
{1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12}
//S4
{7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15},
{13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9},
{10,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,4},
{3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14}
},
//S5
{2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,9},
{14,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9,8,6},
{4,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,14},
{11,8,12,7,1,14,2,13,6,15,0,9,10,4,5,3}
//S6
{12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11},
{10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8},
{9,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,6},
{4,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13}
//S7
{4,11,2,14,15,0,8,13,3,12,9,7,5,10,6,1},
{13,0,11,7,4,9,1,10,14,3,5,12,2,15,8,6},
{1,4,11,13,12,3,7,14,10,15
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