密码学DES实验报告.docx

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密码学DES实验报告

南京信息工程大学实验（实习）报告

实验（实习）名称实验（实习）日期得分指导教师------

系计算机专业软件工程年2011班次3姓名唐一鑫学号24

一．实验目的

1.理解对称加密算法的原理和特点           

2.理解DES算法的加密原理

二．实验内容

第一阶段：

初始置换IP。

在第一轮迭代之前，需要加密的64位明文首先通过初始置换IP 的作用，对输入分组实施置换。

最后，按照置换顺序，DES将64位的置换结果分为左右两部分，第1位到第32位记为L0，第33位到第64位记为R0。

第二阶段：

16次迭代变换。

DES采用了典型的Feistel结构，是一个乘积结构的迭代密码算法。

其算法的核心是算法所规定的16次迭代变换。

DES算法的16才迭代变换具有相同的结构，每一次迭代变换都以前一次迭代变换的结果和用户密钥扩展得到的子密钥Ki作为输入；每一次迭代变换只变换了一半数据，它们将输入数据的右半部分经过函数f后将其输出，与输入数据的左半部分进行异或运算，并将得到的结果作为新的有半部分，原来的有半部分变成了新的左半部分。

用下面的规则来表示这一过程（假设第i次迭代所得到的结果为LiRi）:

 Li = Ri-1; Ri = Li-1⊕f（Ri-1,Ki）;在最后一轮左与右半部分并未变换，而是直接将R16 L16并在一起作为未置换的输入。

第三阶段：

逆（初始）置换。

 他是初始置换IP的逆置换，记为IP-1。

在对16次迭代的结果（R16 L16）再使用逆置换IP-1后，得到的结果即可作为DES加密的密文Y输出，即Y = IP-1 （R16 L16）

三．流程图&原理图

输入字符

设置密码

加密

是否解密

输入密码

密码正确

解密

密码错误

程序结束

是

否

重新输入密码

流程图

要加密的字符

转换为二进制（64位）

初始置换（IP）

左32右32

放大变换48位

设置密码

转换为二进制64位

形成密钥（56位）

左移

合并为子密钥（48位）

S盒置换

P盒置换

左右交换

异或

循环16次

异或

最后置换

解密为加密的逆过程

DES原理图

四．实验结果

五．实验总结

通过这次的实验我知道了des的基本原理虽然DES已经过时了，但是他的原理和思想并没有过时，学号DES有助于学好当下比较流行的AES

源程序：

#include

#include

usingnamespacestd;

conststaticcharIP[64]=//初始置换

{

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

};

conststaticcharEP1[56]=//密钥置换（原64位去掉奇偶校验位后）

{

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[16]=//左移

{

1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1

};

conststaticcharEP2[48]=//选择子密钥

{

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

};

staticconstcharEC[48]=//放大换位

{

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

};

conststaticcharSBox[8][4][16]=//8个S盒

{

{

//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}

}

};

conststaticcharPP[32]=//P盒置换

{

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,

};

conststaticcharLP[64]=//末置换

{

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

};

staticboolM[64],tmp[32],*Li=&M[0],*Ri=&M[32];

staticboolSubKey[16][48];//16个子密钥

classCDES//定义DES类

{

public:

//voidMode（）;//模式

voidEncryption（charout[8],charIn[8]）;//加密函数

voidDecryption（charout[8],charIn[8]）;//解密函数

};

voidByteToBit（bool*Out,constchar*In,intbits）//字符转换成字节

{

inti;

for（i=0;i

{

//In[i]的第N位右移N位并和0x01按位"与"运算（N=1~8）

Out[i]=（In[i/8]>>（i%8））&1;

}

}

voidBitToByte（char*Out,constbool*In,intbits）//字节转换成字符

{

inti;

memset（Out,0,（bits+7）/8）;

for（i=0;i

{

Out[i/8]|=In[i]<<（i%8）;

}

}

voidRotateL（bool*In,intlen,intloop）//循环左移

{

staticbooltmp[256];

memcpy（tmp,In,loop）;

memcpy（In,In+loop,len-loop）;

memcpy（In+len-loop,tmp,loop）;

}

voidXor（bool*InA,constbool*InB,intlen）//异或

{

inti;

for（i=0;i

{

InA[i]^=InB[i];

}

}

voidTransform（bool*Out,bool*In,constchar*Table,intlen）//各个置换转换

{

inti;

staticbooltmp[256];

for（i=0;i

{

tmp[i]=In[Table[i]-1];

}

memcpy（Out,tmp,len）;

}

voidS_func（boolOut[32],constboolIn[48]）//将48位转换成32位

{

intj,m,n;

//膨胀后的比特串分为8组，每组6比特。

for（j=0;j<8;j++,In+=6,Out+=4）

{

m=（In[0]*2）+In[5];

n=（In[1]*8）+（In[2]*4）+（In[3]*2）+In[4];

ByteToBit（Out,&SBox[j][m][n],4）;

}

}

voidF_func（boolIn[32],constboolKi[48]）

{

staticboolMR[48];

Transform（MR,In,EC,48）;

Xor（MR,Ki,48）;

//膨胀后的比特串分为8组，每组6比特。

各组经过各自的S盒后，又变为4比特，合并后又成为32比特。

S_func（In,MR）;

//该32比特经过P变换后，输出的比特串才是32比特的f（Ri-1,Ki）。

Transform（In,In,PP,32）;

}

voidSetKey（charkey[8]）//生成子密钥

{

inti;

staticboolK[64],*KL=&K[0],*KR=&K[28];

ByteToBit（K,key,64）;//转换为二进制

Transform（K,K,EP1,56）;//64比特的密钥K，经过EP1后，生成56比特的串。

//生成16个子密钥

for（i=0;i<16;i++）

{

//循环左移，合并

RotateL（KL,28,LOOP[i]）;

RotateL（KR,28,LOOP[i]）;

Transform（SubKey[i],K,EP2,48）;

}

}

voidCDES:

:

Encryption（charout[8],charIn[8]）//加密函数

{

ByteToBit（M,In,64）;//转换为二进制

Transform（M,M,IP,64）;

for（inti=0;i<16;i++）

{

memcpy（tmp,Ri,32）;

F_func（Ri,SubKey[i]）;

Xor（Ri,Li,32）;//将所得结果与明文的左32位进行异或

memcpy（Li,tmp,32）;//将明文的左右32位交换

}

Transform（M,M,LP,64）;

BitToByte（out,M,64）;

//return（out）;

}

voidCDES:

:

Decryption（charout[8],charIn[8]）//解密函数（加密的逆过程）

{

ByteToBit（M,In,64）;//转换为二进制

Transform（M,M,IP,64）;

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,LP,64）;

BitToByte（out,M,64）;

//return（out）;

}

voidmain（）

{

charkey[10];

charstr[10];

charstr1[10];

cout<<"请输入要加密的字符（只限字符类）:

";

cin>>str;

cout<<"请设置密码（不多于8位）:

";

cin>>key;

SetKey（key）;

memset（str1,0,sizeof（str1））;

CDESdes;

des.Encryption（str1,str）;

cout<<"加密后为：

"<

cout<<"是否要解密（1.是;0.否）";

intn;

cin>>n;

if（n==1）

{

while

（1）

{

cout<<"请输入密码：

";

charsec[10];

cin>>sec;

if（strcmp（sec,key）==0）

{

memset（str,0,sizeof（str））;

des.Decryption（str,str1）;

cout<<"解密后为：

"<

break;

}

else

cout<<"密码错误！

"<

}

}

else

cout<<"过程结束！

"<

}