DES算法实验报告.docx
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DES算法实验报告
DES算法实验报告
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学号：
课程名称：
计算机安全技术
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一、DES算法简介
DES（DataEncryptionStandard,DES）起源于1973年美国国家标准局（NBS）征求国家密码标准方案。
DES算法为密码体制中的对称密码体制，又被成为美国数据加密标准，是1972年美国IBM公司研制的对称密码体制加密算法。
其密钥长度为56位，明文按64位进行分组，将分组后的明文组和56位的密钥按位替代或交换的方法形成密文组的加密方法。
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，如果Mode为加密，则用Key去把数据Data进行加密，生成Data的密码形式作为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的明码形式作为DES的输出结果。
在使用DES时，双方预先约定使用的“密码”即Key，然后用Key去加密数据；接收方得到密文后使用同样的Key解密得到原数据，这样便实现了安全性较高的数据传输。
DES加密算法特点：
分组比较短、密钥太短、密码生命周期短、运算速度较慢。
DES（DataEncryptionStandard）算法，于1977年得到美国政府的正式许可，是一种用56位密钥来加密64位数据的方法。
虽然56位密钥的DES算法已经风光不在,而且常有用Des加密的明文被破译的报道,但是了解一下昔日美国的标准加密算法总是有益的,而且目前DES算法得到了广泛的应用,在某些场合,仍然发挥着余热。
二、DES算法原理
（一）加密
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,
（二）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。
（三）解密
DES的解密过程和DES的加密过程完全类似，只不过将16圈的子密钥序列K1，K2……K16的顺序倒过来。
即第一圈用第16个子密钥K16，第二圈用K15，其余类推。
三、流程图
（一）加密流程图
（二）子密钥生成流程图
（三）解密流程图
（四）功能流程图
四、实验说明
（一）运行环境
服务器
操作系统：
windows或linux均可
（二）试验目的
了解DES算法的优缺点及应用场合，理解并掌握DES算法的原理，编写DES加解密算法程序；
（三）功能说明
任意长度字符的加密解密；
支持中文加密解密；
（四）程序运行效果图
五、主要函数
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
conststaticcharIP_Table[]={//IP_Table置换
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
};
conststaticcharFinal_Table[]={//最终置换
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
};
conststaticcharS_Box[8][64]={//s_box
/*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}
};
conststaticcharRar_Table[]={//压缩置换
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
};
conststaticcharExp_Table[]={//扩展置换
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[]={//P置换
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
};
conststaticcharKeyRar_Table[]={
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
};
//设置全局变量，16轮密钥
boolkey[16][48]={{0}};
voidByteToBit（bool*Out,char*In,intbits）//字节到位转换函数
{
inti;
for（i=0;iOut[i]=（In[i/8]>>（i%8））&1;
}
voidBitToByte（char*Out,bool*In,intbits）//位到字节转换函数
{
inti;
for（i=0;iOut[i]=0;
for（i=0;iOut[i/8]|=In[i]<<（i%8）;
}
voidXor（bool*InA,constbool*InB,intlength）//按位异或
{
for（inti=0;iInA[i]^=InB[i];
}
voidkeyfc（char*In）//密钥生成函数
{
inti,j=0,mov,k,m;
bool*key0=newbool[56];
bool*keyin=newbool[64];
booltemp;
ByteToBit（keyin,In,64）;//字节到位的转换
for（i=0;i<56;i++）//密钥压缩为56位
key0[i]=keyin[KeyRar_Table[i]-1];
for（i=0;i<16;i++）//16轮密钥产生
{
if（i==0||i==1||i==8||i==15）
mov=1;
else
mov=2;
for（k=0;k{
for（m=0;m<8;m++）
{
temp=key0[m*7];
for（j=m*7;jkey0[j]=key0[j+1];
key0[m*7+6]=temp;
}
temp=key0[0];
for（m=0;m<27;m++）
key0[m]=key0[m+1];
key0[27]=temp;
temp=key0[28];
for（m=28;m<55;m++）
key0[m]=key0[m+1];
key0[55]=temp;
}
for（j=0;j<48;j++）//压缩置换并储存
key[i][j]=key0[Rar_Table[j]-1];
}
delete[]key0;
delete[]keyin;
}
voidDES（charOut[8],charIn[8],boolType）//加密核心程序,Type=0时加密，反之解密
{
bool*MW=newbool[64];
bool*tmp=newbool[32];
bool*PMW=newbool[64];
bool*kzmw=newbool[48];
bool*keytem=newbool[48];
bool*ss=newbool[32];
inthang,lie,i;
ByteToBit（PMW,In,64）;
for（intj=0;j<64;j++）
{
MW[j]=PMW[IP_Table[j]-1];//初始置换
}
bool*Li=&MW[0],*Ri=&MW[32];
for（i=0;i<48;i++）//右明文扩展置换
kzmw[i]=Ri[Exp_Table[i]-1];
if（Type==0）//DES加密过程
{
for（intlun=0;lun<16;lun++）
{
for（i=0;i<32;i++）
ss[i]=Ri[i];
for（i=0;i<48;i++）//右明文扩展置换
kzmw[i]=Ri[Exp_Table[i]-1];
for（i=0;i<48;i++）
keytem[i]=key[lun][i];
Xor（kzmw,keytem,48）;
/*S盒置换*/
for（i=0;i<8;i++）
{
hang=kzmw[i*6]*2+kzmw[i*6+5];
lie=kzmw[i*6+1]*8+kzmw[i*6+2]*4+kzmw[i*6+3]*2+kzmw[i*6+4];
tmp[i*4+3]=S_Box[i][（hang+1）*16+lie]%2;
tmp[i*4+2]=（S_Box[i][（hang+1）*16+lie]/2）%2;
tmp[i*4+1]=（S_Box[i][（hang+1）*16+lie]/4）%2;
tmp[i*4]=（S_Box[i][（hang+1）*16+lie]/8）%2;
}
for（i=0;i<32;i++）//P置换
Ri[i]=tmp[P_Table[i]-1];
Xor（Ri,Li,32）;//异或
for（i=0;i<32;i++）//交换左右明文
{
Li[i]=ss[i];
}
}
for（i=0;i<
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