课程设计报告加密解密Word下载.docx
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由于信息是共享的，信息的扩散会产生社会影响，所以保护信息的安全是信息时代的迫切需要。
如果计算机和网络系统的信息安全受到破坏将导致社会的混乱并造成巨大损失。
因此，确保计算机和网络系统的信息安全已成为世人关注的社会问题和计算机科学与技术领域的研究热点。
通过自己对加密算法的学习研究提出了自己对于加密算法的改进思想：
随着计算机技术的突飞猛进，即使利用穷举的方法也只需付出较小的代价就可以在几天内完成破解的要求。
它设计精巧、安全、方便，是近代密码的世界标准，为确保数据安全作出了重大贡献。
加密解密算法设计充分体现了Shannon信息保密理论所阐述的设计密码的思想，标志着密码的设计与分析达到了新的水平。
1.2课题意义
随着信息技术的发展和应用，人们对信息安全的认识越来越全面，越来越深刻。
众所周知，能源、材料、信息是支撑现代社会大厦的三根支柱。
在这三根支柱中能源和材料是具体的、物质的，而信息是抽象的、逻辑的。
信息不能脱离信息系统而孤立存在。
因此，我们就不能脱离信息系统安全而孤立地谈信息安全。
换句话说，当我们讨论信息安全问题时总是要讨论信息系统的安全。
所以本课题就是设计出一个程序来实现文件的加密与解密。
对个人的信息能起到安全的作用。
第二章设计简介及设计方案论述
2.1设计简介
用VC++6.0来实现算法的加密和解密。
本课题的设计目标是，用于加密保护静态存储和传输信道中的数据。
最终设计程序来实现对文件的。
2.2设计方案
数据加密标准的算法是用于计算机数据加密保护的分组加密的数学算法，算法以64bit为一个分组对数据进行加密。
使用64bit的密钥加密64bit分组的信息。
首先将原始数据64bit明文进行初始置换IP，然后与子密钥（由加密密钥产生）进行一系列迭代运算，最后再经过逆置换
，即可得到64bit密文（加密后数据）。
在每一轮中，数列块的右边32bit数据和密钥（Key）一起传送给函数f，函数f运算的结果再与数列块左边32bit数据进行“异或”操作。
其中S盒（S选择函数）是DES算法的心脏，由它实现非线性变换。
解密过程与此类似,只是在应用子密钥时，顺序颠倒为k16,k15,…k2,k1。
利用DES算法实现时用到许多的数学知识，子密钥的产生，初始值换IP，加密函数以及逆初始值换
。
2.2.1加密过程
（1）64位密钥经子密钥产生算法产生出16个子密钥：
，分别供第一次，第二次，……，第十六次加密迭代使用。
（2）64位明文首先经过初始置换IP（InitialPermutation），将数据打乱重新排列并分成左右两半。
左边32位构成
，右边32位构成
（3）由加密函数f实现子密钥
对
的加密，结果为32位的数据组
再与
模2相加，又得到一个32位的数据组
以
作为第二次加密迭代的
，以
至此，第一次加密迭代结束。
（4）第二次加密迭代至第十六次加密迭代的分别用子密钥
进行，其过程与第一次加密迭代相同。
（5）第十六次加密迭代结束后，产生一个64位的数据组。
以其左边32位作为
，以其右边32位作为
，两者合并再经过逆初始置换
将数据重新排列，便得到64位密文。
至此加密过程全部结束。
综上可将加密过程用如下的数学公式描述：
2.2.2解密过程
由于DES的运算是对和运算，所以解密和加密可共用同一个运算，只是子密钥使用的顺序不同。
把64位密文当做明文输入，而且第一次解密迭代使用子密钥
，第二次解密迭代使用子密钥
，…，第十六次解密迭代使用子密钥
，最后的输出便是64位明文。
解密过程可使用如下的数学公式描述：
过程如图2-2所示：
图2-2解密过程演示
第三章详细设计
3.1子密钥的产生
64位密钥经过置换选择1、循环左移、置换选择2等变换，产生出16个48位长的子密钥。
子密钥的产生过程如图3-1所示。
图3-1子密钥产生
64位的密钥分为8个字节。
每个字节的前7位是真正的密钥位，第8位是奇偶校验位。
置换选择1的作用是：
一是从64位密钥中去掉8个奇偶校验码；
二是把其余56位密钥位打乱重排，且将前28位作为
，后28位作为
对密钥实施置换选择1，使得变换以后的密钥的各个位与原密钥位对应关系如下图3-2所示:
（表一为忽略校验位以后情况）.
图3-2置换选择1
把变换后的密钥等分成两部分,前28位记为C[0],后28位记为D[0]。
计算子密钥（共16个），从i=1开始。
分别对C[i-1],D[i-1]作循环左移来生成C[i],D[i].（共16次）。
每次循环左移位数如下表3-1所示：
表3-1循环左移位数表
迭代次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
循环左移位数
1
2
串联C[i],D[i]，得到一个56位数，然后对此数作置换选择2如下图3-2产生48位子密钥K[i]。
变换过程如图3-3，按以上方法计算出16个子密钥。
图3-3置换选择2
3.2初始置换IP
初始置换IP是DES的第一步密码变换。
初始置换的作用在于将64位明文打乱重排，并分成左、右两半。
，供后面的加密迭代使用。
对64位数据块的处理：
把数据分成64位的数据块，不够64位的以适当的方式填补。
对数据块作变换得到如图3-4。
图3-4初始置换IP图3-5选择运算E
3.3加密函数
加密函数的作用是在第i次加密迭代中用子密钥
进行加密。
在第i次迭代加密中选择运算E对32位的
的各位进行选择和排列，产生一个48位的结果。
此结果与子密钥
模2相加，然后送入代替函数组S。
代替函数组由8个代替函数（也称S盒子）组成，每个S盒子有6位输入，产生4位的输出。
8个S盒子的输出合并，结果得到一个32位的数据组。
此数据组再经过置换运算P，将其各位打乱重排。
置换运算P的输出便是加密函数的输出
1．选择运算E
选择运算E对32位的数据组A的各位进行选择和排列，产生一个48位的结果。
将变换后的数据块等分成前后两部分，前32位记为L[0],后32位记为R[0]。
用16个子密钥对数据加密。
选择运算E的矩阵如图3-5。
2．代替函数组S
在f（Ri,Ki）算法描述图中，S1,S2...S8为选择函数，其功能是把6bit数据变为4bit数据。
下面给出选择函数Si（i=1,2......8）的功能表：
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,
现设输入为：
D＝D1D2D3D4D5D6
令：
列＝D2D3D4D5
行＝D1D6
然后在S1表中查得对应的数，以4位二进制表示，此即为选择函数S1的输出。
3．置换运算P
置换运算P把S盒输出的32位数据打乱重排，得到32位的加密函数输出。
用P置换来提供扩散，把S盒的混淆作用扩散开来。
正是置换P与S盒的互相配合提高了算法的安全性。
置换矩阵P如图3-5所示。
3.4逆初始置换
把第十六次加密迭代的结果打乱重排，逆初始值换
是初始值换IP的逆置换。
它形成64位密文。
至此加密过程结束。
逆初始值换的置换矩阵如图3-6所示。
图3-5置换选择P图3-6逆初始值换
第四章设计结果及分析
4.1程序设计代码
#include<
iostream>
memory.h>
string>
conio.h>
usingnamespacestd;
enum{ENCRYPT,DECRYPT};
//ENCRYPT:
加密,DECRYPT:
解密
//设置密钥
staticvoidF_func（boolIn[32],constboolKi[48]）;
//f函数
staticvoidS_func（boolOut[32],constboolIn[48]）;
//S盒代替
//变换
staticvoidTransform（bool*Out,bool*In,constchar*Table,intlen）;
staticvoidXor（bool*InA,constbool*InB,intlen）;
//异或
staticvoidRotateL（bool*In,intlen,intloop）;
//循环左移
//字节组转换成位组
staticvoidByteToBit（bool*Out,constchar*In,intbits）;
//位组转换成字节组
staticvoidBitToByte（char*Out,constbool*In,intbits）;
//左移位数表
conststaticcharLOOP_Table[16]={
1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1
};
//置换选择1
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
//置换选择2
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
//初始置换IP表
conststaticcharIP_Table[64]={
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
//选择运算E
staticconstcharE_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
//S盒
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,
1,4,11,13,12,3,7,14,10,15,6,8,0,5,9,2,
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
//P换位表
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
//逆初始置换IP-1表
conststaticcharIPR_Table[64]={
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,
34,2,42,10,50,18,58,26,33,1,41,9,49,17,57,25
staticboolSubKey[16][48];
//16圈子密钥
voidDes_Run（charOut[8],charIn[8],boolType）
{
staticboolM[64],Tmp[32],*Li=&
M[0],*Ri=&
M[32];
ByteToBit（M,In,64）;
Transform（M,M,IP_Table,64）;
if（Type==ENCRYPT）{
for（inti=0;
i<
16;
i++）{
memcpy（Tmp,Ri,32）;
F_func（Ri,SubKey[i]）;
Xor（Ri,Li,32）;
memcpy（Li,Tmp,32）;
}
}else{
for（inti=15;
i>
=0;
i--）{
memcpy（Tmp,Li,32）;
F_func（Li,SubKey[i]）;
Xor（Li,Ri,32）;
memcpy（Ri,Tmp,32）;
Transform（M,M,IPR_Table,64）;
BitToByte（Out,M,64）;
}
voidDes_SetKey（constcharKey[8]）
staticboolK[64],*KL=&
K[0],*KR=&
K[28];
ByteToBit（K,Key,64）;
Transform（K,K,PC1_Table,56）;
RotateL（KL,28,LOOP_Table[i]）;
RotateL（KR,28,LOOP_Table[i]）;
Transform（SubKey[i],K,PC2_Table,48）;
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