信息安全DES加密.docx
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信息安全DES加密
信息安全
Introduction to Network and Security
——用DES加密解密算法实现通信加密
姓 名：
张梦露
学 号：
20125328
专业班级：
网络3班
学 院：
信息学院
2014年11月24日
一、DES算法的实现
二、运行过程及结果
三、源代码
四、实验体会
一、 DES算法的实现
1．DES简介
由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。
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：
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
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，其逆置换规则如下表所示：
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
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,
2,8,24,4,
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：
运行过程及结果
1.加密过程
代码：
cin.getline（SendBuffer,sizeof（SendBuffer））;
Des_SetKey（key）;
memset（msgbuffer,0,sizeof（msgbuffer））;
Des_Run（msgbuffer,SendBuffer,ENCRYPT）;
printf（"Afterencrypting（加密后）:
"）;
printHex（msgbuffer,8）;
服务器运行结果：
客户端运行结果：
2.解密过程
代码：
Des_SetKey（key）;
//printf（"Afterdecrypting:
"）;
Des_Run（msgbuffer,RecvBuffer,DECRYPT）;
//puts（msgbuffer）;
cout<<"接收到服务器信息为:
"<服务器运行结果：
客户端运行结果：
最终结果展示：
在界面上只显示明文，不显示加密后的密文。
服务器运行结果：
客户端运行结果：
三、源代码:
服务器端代码：
#include
#include
#include
#include
#include
#defineENCRYPT1
#defineDECRYPT0
#pragmacomment（lib,"WS2_32"）//链接到WS2_32.lib
usingnamespacestd;
#definePORT4000
#defineIP_ADDRESS"127.0.0.1"
staticvoidprintHex（char*cmd,intlen）;
staticvoidprintArray（constchar*In,intlen）;
staticvoidF_func（boolIn[32],constboolKi[48]）;//f函数
staticvoidS_func（boolOut[32],constboolIn[48]）;//S盒代替
staticvoidTransform（bool*Out,bool*In,constchar*Table,intlen）;//变换
staticvoidXor（bool*InA,constbool*InB,intlen）;//异或
staticvoidRotateL（bool*In,intlen,intloop）;//循环左移
staticvoidByteToBit（bool*Out,constchar*In,intbits）;//字节组转换成位组
staticvoidBitToByte（char*Out,constbool*In,intbits）;//位组转换成字节组
staticboolSubKey[16][48];
voidDes_SetKey（constcharKey[8]）;//生成子密钥
voidDes_Run（charOut[8],charIn[8],boolType）;//DES算法
//64位经过PC1转换为56位（PC-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
};
//左移
conststaticcharLOOP_Table[16]=
{
1,1,2,2,2,2,2,2,
1,2,2,2,2,2,2,1
};
//排列选择2（PC-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
};
//Ri_1（32位）经过变换E后膨胀为48位（E）voidF_func
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
};
//8个4比特合并为32比特的排列P
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,
};
//经过S盒S-boxes
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}
}
};
//初始排列（IP）
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
};
//L16与R16合并后经过IP_1的最终排列（IP**-1）
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
};
voidDes_SetKey（constcharKey[8]）
{inti;
staticboolK[64],*KL=&K[0],*KR=&K[28];
ByteToBit（K,Key,64）;//转换为二进制
Transform（K,K,PC1_Table,56）;//64比特的密钥K，经过PC-1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_Table[i]）;
RotateL（KR,28,LOOP_Table[i]）;
Transform（SubKey[i],K,PC2_Table,48）;}}
voidDes_Run（charOut[8],charIn[8],boolType）
{inti;
staticboolM[64],tmp[32],*Li=&M[0],*Ri=&M[32];
//转换为64位的数据块
ByteToBit（M,In,64）;
//IP置换（初始）
Transform（M,M,IP_Table,64）;
if（Type==ENCRYPT）
{for（i=0;i<16;i++）
{memcpy（tmp,Ri,32）;
F_func（Ri,SubKey[i]）;
Xor（Ri,Li,32）;
memcpy（Li,tmp,32）;}}
else
{for（i=15;i>=0;i--）
{memcpy（tmp,Li,32）;
F_func
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