密码学Word格式文档下载.docx
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目录
1、前言1
1.1背景1
2、DES算法简介2
2.1概述2
2.2算法特点2
2.3算法原理3
2.4算法分析4
2.5算法工作流程7
3、结果验证7
3.1验证过程7
4、实验总结10
5、参考文献11
附录12
1、前言
1.1背景
数据加密标准（DES，Data
Encryption
Standard）是一种使用密钥加密的块密码，它基于使用56位密钥的对称算法。
美国国家标准局（NBS）于1973年向社会公开征集一种用于政府机构和商业部门的加密算法，经过评测，最终选择了IBM公司提出的一种加密算法。
经过一段时间的试用，美国政府于1977年颁布DES。
DES是分组密码的典型代表，也是第一个被公布出来的标准算法，曾被美国国家标准局（现为国家标准与技术研究所NIST）确定为联邦信息处理标准（FIPS
PUB
46），使用广泛，特别使在金融领域，曾是对称密码体制事实上的世界标准。
DES自从公布以来，已成为金融界及其他各种行业最广泛应用的对称密钥密码系统。
DES是分组密码的典型代表，也是第一个被公布出来的标准算法。
原来规定DES算法的使用期为10年，可能是DES尚未受到严重威胁，更主要是新的数据加密标准研制工作尚未完成，或意见尚未统一，所以当时的美国政府宣布延长它的使用期。
因而DES超期服役到2000年。
近三十年来，尽管计算机硬件及破解密码技术的发展日新月异，若撇开DES的密钥太短，易于被使用穷举密钥搜寻法找到密钥的攻击法不谈，直到进入20世纪90年代以后，以色列的密码学家Shamir等人提出一种“差分分析法”，以后日本人也提出了类似的方法，这才称得上对它有了攻击的方法。
严格地说Shamir的“差分分析法”也只是理论上的价值。
至少到目前为止是这样，比如后来的“线形逼迫法”，它是一种已知明文攻击，需要243≈4.398×
1012个明、密文对，在这样苛刻的要求下，还要付出很大的代价才能解出一个密钥。
不管是差分攻击还是线性攻击法，对于DES的安全性也仅仅只做到了“质疑”的地步，并未从根本上破解DES。
也就是说，若是能用类似Triple-DES或是DESX的方式加长密钥长度，仍不失为一个安全的密码系统。
早在DES提出不久，就有人提出造一专用的装置来对付DES，其基本思想无非是借用硬件设备来实现对所有的密钥进行遍历搜索。
由于电子技术的突飞猛进，专门设备的造价大大降低，速度有质的飞跃，对DES形成了实际的威胁。
DES确实辉煌过，它的弱点在于专家们一开始就指出的，即密钥太短。
美国政府已经征集评估和判定出了新的数据加密标准AES以取代DES对现代分组密码理论的发展和应用起了奠基性的作用，它的基本理论和设计思想仍有重要参考价值。
安全性是分组密码最重要的设计原则，它要求即使攻击者知道分组密码的内部结构，仍不能破译该密码，这也意味着，不存在针对该密码的某种攻击方法，其工作量小于穷密钥搜索。
但是随着密码分析技术的发展，使得对于具有更多轮的分组密码的破译成为可能。
现如今，依靠Internet的分布式计算能力，用穷举密钥搜索攻击方法破译已成为可能。
数据加密标准DES已经达到它的信任终点。
但是作为一种Feistel加密算法的例子仍然有讨论的价值。
2、DES算法简介
2.1概述
DES是DataEncryptionStandard（数据加密标准）的缩写。
它是由IBM公司研制的一种加密算法，美国国家标准局于1977年公布把它作为非机要部门使用的数据加密标准，二十年来，它一直活跃在国际保密通信的舞台上，扮演了十分重要的角色。
DES是一个分组加密算法，它以64位为分组对数据加密。
同时DES也是一个对称算法，加密和解密用的是同一个算法。
它的密匙长度是56位（因为每个第8位都用作奇偶校验），密匙可以是任意的56位的数，而且可以任意时候改变。
其中有极少量的数被认为是弱密匙，但是很容易避开他们。
所以保密性依赖于密钥。
2.2算法特点
DES算法具有极高安全性，到目前为止，除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外，还没有发现更有效的办法。
而56位长的密钥的穷举空间为256，这意味着如果一台计算机的速度是每一秒钟检测一百万个密钥，则它搜索完全部密钥就需要将近2285年的时间，可见，这是难以实现的。
然而，这并不等于说DES是不可破解的。
而实际上，随着硬件技术和Intemet的发展，其破解的可能性越来越大，而且，所需要的时间越来越少。
为了克服DES密钥空间小的缺陷，人们又提出了三重DES的变形方式。
2.3算法原理
DES使用一个56位的密钥以及附加的8位奇偶校验位（每组的第8位作为奇偶校验位），产生最大64位的分组大小。
这是一个迭代的分组密码，使用称为Feistel的技术，其中将加密的文本块分成两半。
使用子密钥对其中一半应用循环功能，然后将输出与另一半进行“异或”运算；
接着交换这两半，这一过程会继续下去，但最后一个循环不交换。
DES使用16轮循环，使用异或，置换，代换，移位操作四种基本运算。
DES的工作原理可用下图（a）表示。
需要进行加密处理的明文（plaintext）被分成64位（64-bit）的块，DES的目标就是对这64位的明文56位的密钥（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）进行加密处理，生成对应的64位的密文（ciphertext）。
为讨论方便，以下假设初始明文就是64位的。
DES加密过程可分为19步。
第1步是对64位明文进行置换操作；
最后1步则是对前面一步的64位数进行反向置换操作。
倒数第2位是将前面一步的64位数的前32位与后32位进行交换。
剩下的16位操作功能是一样的，只是每一位所使用的密钥K是不同的。
DES的工作原理
2.4算法分析
（1）
初始置换IP和初始逆置换IP-1
初始置换和初始逆置换为互逆运算，初始置换发生在加/解密运算前，初始逆置换发生在加/解密运算后。
初始置换和初始逆置换的变换分别如表3.1和表3.2所示。
这里表格的数字是指数据所在的位置。
初始置换IP
初始逆置换IP-1
（2）扩展置换
32位的右半部分明文数据首先要进行扩展置换，扩展置换将32位的输入数据扩展成为48位的输出数据，它有三个目的：
第一，它产生了与子密钥同长度的数据以进行异或运算；
第二，它提供了更长的结果，使得在以后的子加密过程中能进行压缩；
第三，它产生雪崩效应（avalanche
effect）,这也是扩展置换最主要的目的，使得输入的一位将影响两个替换，所以输出对输入的依赖性将传播的更快（雪崩效应）。
扩展置换的置换方法与初始置换相同，只是置换表不同，扩展置换表如下所示。
扩展置换表
（3）16轮循环
经过了初始置换的64位明文数据在中间分成2部分，每部分32位，左半部分和右半部分分别记为L0和R0。
然后，L0和R0进入第一轮子加密过程。
R0经过一系列的置换得到32位输出，再与L0做逐位异或（XOR）运算。
其结果成为下一轮的R1，R0则成为下一轮的L1，如此连续运作16轮。
我们可以用下列两个式子来表示其运算过程：
16轮循环
2.5算法工作流程
des加密流程
3、结果验证
3.1验证过程
1.编辑代码，运行代码得到如图4-1的运行结果
图4-1
2．输入数据进行测试。
（1）输入纯字母进行测试，运行结果如图4-2所示。
图4-2
（2）输入纯数字进行测试，运行结果如图4-3所示。
图4-3
（3）输入数字与字母进行测试，运行结果如图4-4所示。
图4-4
（4）输入数字、字母、特殊字符进行测试，运行结果如图4-5所示
图4-5
4、实验总结
通过本次的课程设计，我对DES加密算法的有关知识有了进一步的了解，刚刚开始我并不知道如何去完成这次的课程设计，但通过我去网上查询有关的资料，我最终知道该从哪里下手去写这篇课程设计。
通过本次的课程设计，我知道了自己身上的不足和自己知识的欠缺。
本次课程设计，我不断的调试代码，花了较多的时间，最终成功的把代码调试好，心中充满着喜愉，通过本课程设计，我增加了许多的知识，对DES算法的使用有了更进一步的了解。
通过本次的课程设计，发现自己在数据结构方面的了解不足，在调试代码中，发现有较多的错误，这些错误的产生都是因为我对知识的认识不够深入而产生的。
通过本次的课程设计，我对如何去设计DES算法有了一定的了解。
5、参考文献
[1]张延伟
杨金岩，Verilog
HDL
程序设计实例详解，人民邮电出版社，2008，258-276
[2]TomstDenis，SimonJohnson，沈晓斌，程序员密码学，机械工业出版社，2006，16-31
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毛明，大众密码学，高等教育出版社，2003，5-13
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Ranjan
Bose，吴传坤，信息论编码与密码学，机械工业出版社，2005，18-35
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宋震等.密码学.中国水利水电出版社,2002
[6]
冯登国，吴文玲.分组密码的设计与分析.清华大学出版社，2000
[7]张焕国,冯秀涛,覃中平,等.演化密码与DES的演化研究[J].计算机学报,2003,26（12）.
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信息科学）,2007
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[9]谷利泽,郑世慧,杨义先.现代密码学教程[M].北京:
北京邮电大学出版社,2009
[10]章照止.
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[12]赖溪松
韩亮.计算机密码学及其应用
.国防科技大学,
2001
附录
#include<
stdio.h>
stdlib.h>
string.h>
voidshow1（）//主界面
{
printf（"
\n\n\n\t\t###############DES加密解密系统#############\n\n"
）;
\t\t--------------------------------------------------\n"
//printf（"
\t\t##################################################\n"
\t\t\t\t\t\t\t\t\n"
\t\t\t1.加密"
\t2.解密"
\t3.退出\t\t\t\n"
}
voidshow2（）//加密界面
\n\n\n\t\t#################DES加密######################\n\n"
\t\t\t请选择明文和密钥的输入方式:
\t\t\n"
\t\t\t1.直接输入"
\t2.从文件读取"
\t3.退出\n"
\t\t\t选择:
"
voidreader（charstr[30],chars[8]）//读取明文和密钥
FILE*fp;
fp=fopen（str,"
r"
if（fp==NULL）
{
printf（"
明文读取失败!
\n"
}
else
fscanf（fp,"
%s"
s）;
fclose（fp）;
voidTo2Bin（charp[8],intb[64]）//将字节转换成二进制流
inti,k=0;
for（i=0;
i<
8;
i++）
intj=0x80;
for（;
j;
j>
>
=1）
{
if（j&
p[i]）
{
b[k++]=1;
}
else
b[k++]=0;
}
}
intIP_Table[64]=//初始置换（IP）
{
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,
56,48,40,32,24,16,8,0,
58,50,42,34,26,18,10,2,
60,52,44,36,28,20,12,4,
62,54,46,38,30,22,14,6
};
intE_Table[]={//扩展变换E
31,0,1,2,3,4,
3,4,5,6,7,8,
7,8,9,10,11,12,
11,12,13,14,15,16,
15,16,17,18,19,20,
19,20,21,22,23,24,
23,24,25,26,27,28,
27,28,29,30,31,0
intS_Box[8][4][16]={//8个s盒
{
{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}
},
{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}
{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}
{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}
{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}
{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}
{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}
{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}
}
};
intIP_1_Table[64]=//逆初始置换IP^-1
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,
32,0,40,8,48,16,56,24
intP_Table[32]=//置换运算P
15,6,19,20,
28,11,27,16,
0,14,22,25,
4,17,30,9,
1,7,23,13,
31,26,2,8,
18,12,29,5,
21,10,3,24
intPC_1[56]=
56,48,40,32,24,16,8,//密钥置换PC_1
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
intPC_2[48]=//密钥置换PC_2
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
voidReplacement（intarry1[],intarry2[],
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