信息安全系统概论中地DES加密解密算法地用C实现附上实验报告材料.docx
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信息安全系统概论中地DES加密解密算法地用C实现附上实验报告材料
网络与信息安全
IntroductiontoNetworkandSecurity
——DES加密解密算法的C++实现
姓名:
学号:
学院:
2010年10月
一、DES算法的实现
1.DES简介
本世纪五十年代以来,密码学研究领域出现了最具代表性的两大成就。
其中之一就是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”创立的,后于1977年由美国国家标准局颁布的数据加密标准。
DES密码实际上是Lucifer密码的进一步发展。
它是一种采用传统加密方法的区组密码。
它的算法是对称的,既可用于加密又可用于解密。
美国国家标准局1973年开始研究除国防部外的其它部门的计算机系统的数据加密标准,于1973年5月15日和1974年8月27日先后两次向公众发出了征求加密算法的公告。
加密算法要达到的目的通常称为DES密码算法要求主要为以下四点:
提供高质量的数据保护,防止数据XX的泄露和未被察觉的修改;具有相当高的复杂性,使得破译的开销超过可能获得的利益,同时又要便于理解和掌握DES密码体制的安全性应该不依赖于算法的保密,其安全性仅以加密密钥的保密为基础实现经济,运行有效,并且适用于多种完全不同的应用。
1977年1月,美国政府颁布:
采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准(DES枣DataEncryptionStandard)。
目前在这里,随着三金工程尤其是金卡工程的启动,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算法的入口参数有三个:
Key、Data、Mode。
其中Key为8个字节共64位,是DES算法的工作密钥;Data也为8个字节64位,是要被加密或被解密的数据;Mode为DES的工作方式,有两种:
加密或解密。
DES算法是这样工作的:
如Mode为加密,则用Key去把数据Data进行加密,生成Data的密码形式(64位)作为DES的输出结果;如Mode为解密,则用Key去把密码形式的数据Data解密,还原为Data的明码形式(64位)作为DES的输出结果。
在通信网络的两端,双方约定一致的Key,在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密,然后以密码形式在公共通信网(如电话网)中传输到通信网络的终点,数据到达目的地后,用同样的Key对密码数据进行解密,便再现了明码形式的核心数据。
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算法详述
DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块,它所使用的密钥也是64位,其功能是把输入的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:
58,50,12,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,
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=D550……D8;R0=D57D49...D7。
经过26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,
放大换位表
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,
单纯换位表
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,
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,
3.子密钥Ki(48bit)的生成算法
初始Key值为64位,但DES算法规定,其中第8、16、......64位是奇偶校验位,不参与DES运算。
故Key实际可用位数便只有56位。
即:
经过缩小选择换位表1的变换后,Key的位数由64位变成了56位,此56位分为C0、D0两部分,各28位,然后分别进行第1次循环左移,得到C1、D1,将C1(28位)、D1(28位)合并得到56位,再经过缩小选择换位2,从而便得到了密钥K0(48位)。
依此类推,便可得到K1、K2、......、K15,不过需要注意的是,16次循环左移对应的左移位数要依据下述规则进行:
循环左移位数1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1
以上介绍了DES算法的加密过程。
DES算法的解密过程是一样的,区别仅仅在于第一次迭代时用子密钥K15,第二次K14、……,最后一次用K0,算法本身并没有任何变化。
二、加/解密执行过程及结果
1.运行程序
2.加密过程(同时生成密文文档)
3.解密过程(同时生成明文外部文档)
三、源代码
#include"stdafx.h"
#include"DESTest.h"
#include"DESTestDlg.h"
#include"Encrypt.h"
voidCDES:
:
deskey(unsignedcharkey[8],Modemd)
{
registerintii,j,l,m,n;
unsignedcharpc1m[56],pcr[56];
unsignedlongkn[32];
for(j=0;j<56;j++)
{
l=pc1[j];
m=l&07;
pc1m[j]=(key[l>>3]&bytebit[m])?
1:
0;
}
for(ii=0;ii<16;ii++)
{
if(md==DECRYPT)
m=(15-ii)<<1;
else
m=ii<<1;
n=m+1;
kn[m]=kn[n]=0L;
for(j=0;j<28;j++)
{
l=j+totrot[ii];
if(l<28)
pcr[j]=pc1m[l];
else
pcr[j]=pc1m[l-28];
}
for(j=28;j<56;j++)
{
l=j+totrot[ii];
if(l<56)
pcr[j]=pc1m[l];
else
pcr[j]=pc1m[l-28];
}
for(j=0;j<24;j++)
{
if(pcr[pc2[j]])
kn[m]|=bigbyte[j];
if(pcr[pc2[j+24]])
kn[n]|=bigbyte[j];
}
}
cookey(kn);
return;
}
voidCDES:
:
cookey(registerunsignedlong*raw1)
{
registerunsignedlong*cook,*raw0;
unsignedlongdough[32];
registerinti;
cook=dough;
for(i=0;i<16;i++,raw1++)
{
raw0=raw1++;
*cook=(*raw0&0x00fc0000L)<<6;
*cook|=(*raw0&0x00000fc0L)<<10;
*cook|=(*raw1&0x00fc0000L)>>10;
*cook++|=(*raw1&0x00000fc0L)>>6;
*cook=(*raw0&0x0003f000L)<<12;
*cook|=(*raw0&0x0000003fL)<<16;
*cook|=(*raw1&0x0003f000L)>>4;
*cook++|=(*raw1&0x0000003fL);
}
usekey(dough);
return;
}
voidCDES:
:
usekey(registerunsignedlong*from)
{
registerunsignedlong*to,*endp;
to=KnL,endp=&KnL[32];
while(to{
*to++=*from++;
}
return;
}
voidCDES:
:
scrunch(registerunsignedchar*outof,registerunsignedlong*into)
{
*into=(*outof++&0xffL)<<24;
*into|=(*outof++&0xffL)<<16;
*into|=(*outof++&0xffL)<<8;
*into++|=(*outof++&0xffL);
*into=(*outof++&0xffL)<<24;
*into|=(*outof++&0xffL)<<16;
*into|=(*outof++&0xffL)<<8;
*into|=(*outof&0xffL);
return;
}
voidCDES:
:
unscrun(registerunsignedlong*outof,registerunsignedchar*into)
{
*into++=(*outof>>24)&0xffL;
*into++=(*outof>>16)&0xffL;
*into++=(*outof>>8)&0xffL;
*into++=*outof++&0xffL;
*into++=(*outof>>24)&0xffL;
*into++=(*outof>>16)&0xffL;
*into++=(*outof>>8)&0xffL;
*into=*outof&0xffL;
return;
}
voidCDES:
:
desfunc(registerunsignedlong*block,registerunsignedlong*keys)
{
registerunsignedlongfval,work,right,leftt;
registerintround;
leftt=block[0];
right=block[1];
work=((leftt>>4)^right)&0x0f0f0f0fL;
right^=work;
leftt^=(work<<4);
work=((leftt>>16)^right)&0x0000ffffL;
right^=work;
leftt^=(work<<16);
work=((right>>2)^leftt)&0x33333333L;
leftt^=work;
right^=(work<<2);
work=((right>>8)^leftt)&0x00ff00ffL;
leftt^=work;
right^=(work<<8);
right=((right<<1)|((right>>31)&1L))&0xffffffffL;
work=(leftt^right)&0xaaaaaaaaL;
leftt^=work;
right^=work;
leftt=((leftt<<1)|((leftt>>31)&1L))&0xffffffffL;
for(round=0;round<8;round++)
{
work=(right<<28)|(right>>4);
work^=*keys++;
fval=SP7[work&0x3fL];
fval|=SP5[(work>>8)&0x3fL];
fval|=SP3[(work>>16)&0x3fL];
fval|=SP1[(work>>24)&0x3fL];
work=right^*keys++;
fval|=SP8[work&0x3fL];
fval|=SP6[(work>>8)&0x3fL];
fval|=SP4[(work>>16)&0x3fL];
fval|=SP2[(work>>24)&0x3fL];
leftt^=fval;
work=(leftt<<28)|(leftt>>4);
work^=*keys++;
fval=SP7[work&0x3fL];
fval|=SP5[(work>>8)&0x3fL];
fval|=SP3[(work>>16)&0x3fL];
fval|=SP1[(work>>24)&0x3fL];
work=leftt^*keys++;
fval|=SP8[work&0x3fL];
fval|=SP6[(work>>8)&0x3fL];
fval|=SP4[(work>>16)&0x3fL];
fval|=SP2[(work>>24)&0x3fL];
right^=fval;
}
right=(right<<31)|(right>>1);
work=(leftt^right)&0xaaaaaaaaL;
leftt^=work;
right^=work;
leftt=(leftt<<31)|(leftt>>1);
work=((leftt>>8)^right)&0x00ff00ffL;
right^=work;
leftt^=(work<<8);
work=((leftt>>2)^right)&0x33333333L;
right^=work;
leftt^=(work<<2);
work=((right>>16)^leftt)&0x0000ffffL;
leftt^=work;
right^=(work<<16);
work=((right>>4)^leftt)&0x0f0f0f0fL;
leftt^=work;
right^=(work<<4);
*block++=right;
*block=leftt;
return;
};
unsignedcharCDES:
:
Df_Key[24]=
{
0x01,0x23,0x45,0x67,0x89,0xab,0xcd,0xef,
0xfe,0xdc,0xba,0x98,0x76,0x54,0x32,0x10,
0x89,0xab,0xcd,0xef,0x01,0x23,0x45,0x67
};
unsignedshortCDES:
:
bytebit[8]=
{
0200,0100,040,020,010,04,02,01
};
unsignedlongCDES:
:
bigbyte[24]=
{
0x800000L,0x400000L,0x200000L,0x100000L,
0x80000L,0x40000L,0x20000L,0x10000L,
0x8000L,0x4000L,0x2000L,0x1000L,
0x800L,0x400L,0x200L,0x100L,
0x80L,0x40L,0x20L,0x10L,
0x8L,0x4L,0x2L,0x1L
};
unsignedcharCDES:
:
pc1[56]=
{
56,48,40,32,24,16,8,0,57,49,41,33,25,17,
9,1,58,50,42,34,26,18,10,2,59,51,43,35,
62,54,46,38,30,22,14,6,61,53,45,37,29,21,
13,5,60,52,44,36,28,20,12,4,27,19,11,3
};
unsignedcharCDES:
:
totrot[16]=
{
1,2,4,6,8,10,12,14,15,17,19,21,23,25,27,28
};
unsignedcharCDES:
:
pc2[48]=
{
13,16,10,23,0,4,2,27,14,5,20,9,
22,18,11,3,25,7,15,6,26,19,12,1,
40,51,30,36,46,54,29,39,50,44,32,47,
43,48,38,55,33,52,45,41,49,35,28,31
};
unsignedlongCDES:
:
SP1[64]=
{
0x