C语言DES加密算法.docx
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C语言DES加密算法
云南大学软件学院
SchoolofSoftware,YunnanUniversity
成绩
学期:
2011秋季学期
课程名称:
密码技术
任课教师:
学生姓名:
学号:
实验项目:
实验二DES加密算法
联系电话:
电子邮件:
完成提交时间：
年月日
密码技术实验报告
实验项目：
实验二，第2题实现DES对任意文件的加解密
实验要求
（内容）
实现DES对任意文件的加解密，利用控制台对所有文件（中英文文本、符号甚至任意的文件）的加解密。
加解密形式如下：
cipher-e/-dkeyinputfileoutputfile
说明：
对于加密来说，输入文件名就是明文文件，对于解密来说，输入文件名就是密文文件，注意文件读取方式和控制文件结束
控制台编程：
intmain（intargc,char*argv[]）
实验环境
操作系统：
win7
编译环境：
MicrosoftVisualStudio2010
实现功能
本次实验达到了题目的要求：
实现了用DES实现控制台对任意文件的加解密，用键盘接收明文（密文）文件路径和密钥，然后再输入需要保存的密文（明文）文件路径，然后就可以把加解密后得到的密明文文件保存该路径下。
程序主要采取对数据的位操作的形式，把明密文文件中的内容以字节为单位读取，每次读取8个byte共65bits，然后使用标准DES的算法依次对读取的64bits明密文进出加解密处理。
主函数的操作也充分体现了程序的可操作性和健壮性，能够让用户自己选择相应的操作，比如加密、解密以及对程序的一些基本情况说明。
但是对文件的路径的输入有比较严格的格式约束。
如：
盘符名：
\\文件名.txt格式错误则会导致文件打开失败，不能进行加解密操作。
数据结构
本次实验的程序较为复杂，涉及对位的操作。
实验过程中用到的主要数据结构为数组和文件型指针，在实验中我定义了2个文件型指针FILE*fp1,*fp2，其中一个指向明文文件，一个指向密文文件。
另外还定义了多个字符数组，如charPlainfpath[260]声明字符数组存储明文文件的文件路径，charCipherfpath[260]声明字符数组存储密文文件的文件路径，charkey[100]声明字符数组存储密钥。
对于读取出来的数据均以unsignedchar的类型进行处理。
这个程序的实现比较复杂的是对位的操作，主要包括取位值、移位和异或等，在对位的操作还主要用到了memcpy函数对unsignedchar类型的字符串进行复制，除此之外没有采用更多的数据结构。
程序流程
程序模块结构图：
开始start
选择操作
解密函数
退出程序
加密函数
用户输入明密文文件路径和密钥
明（密）文文件是否能打开
退出程序
对打开的文件进行操作，每次取出长度为8个byte的明密文。
将8byte的明密文和密钥转换为64bits
明密文进行初始置换IP
密钥进行置换选择1
循环左移和置换选择2产生子密钥
分成左右两部分进入F函数
右半部分在F函数里依次进行扩展置换、与子密钥异或、S盒置换和P置换
经F函数处理的与左半部分异或后成右半部分，原先的右半部分作为左半部分
32bits对换，然后进行逆初始置换
将结果由64bits转换成8byte，然后写入文件保存
main（）
函数的调用关系：
Encrypt（）
Decrypt（）
Explain（）
Block_Decrypt（）
Block_Encrypt（）
L_Shift（）
R_Shift（）
BToC（）
CToB（）
F_function（）
函数的接口：
voidEncrypt（char*Plainfpath,char*Cipherfpath,unsignedchar*Keys）;//加密函数
voidDecrypt（char*Cipherfpath,char*Plainfpath,unsignedchar*Keys）;//解密函数
voidBlock_Encrypt（unsignedchar*Plain,unsignedchar*Cipher,unsignedchar*Key）;//分组加密函数
voidBlock_Decrypt（unsignedchar*Cipher,unsignedchar*Plain,unsignedchar*Key）;//分组加密函数
voidCToB（unsignedchar*C_String,unsignedchar*B_String）;//将字符类型转换成二进制类型的函数
voidBToC（unsignedchar*B_String,unsignedchar*C_String）;//将二进制类型转换成字符类型的函数
voidL_Shift（unsignedchar*PC_Key,intcount）;//加密中循环左移函数
voidR_Shift（unsignedchar*PC_Key,intcount）;//解密中循环右移函数
voidF_function（unsignedchar*R_String,unsignedchar*S_Key）;//F函数
voidExplain（）;//程序说明函数
代码与代码分析
主要函数的接口、调用与被调用函数、所实现的功能和实现的主要思路：
intmain（charch）：
Function:
为用户提供基本操作，调用加密解密函数。
Calls:
Encrypt（），Decrypt（）和Explain（）。
CalledBy:
未被其它函数调用。
Input（type）字符型（char）。
Output（type）:
无，只是输出“”中的字符串。
Return（type）:
整型
Others:
无
Bug:
测试尚未发现
voidEncrypt（char*Plainfpath,char*Cipherfpath,unsignedchar*Keys）
Function:
实现的功能是：
接收明文文件路径和密钥，并打开文件，然后根据对文件的
操作依次从文件中以二进制方式读取字符，并使用DES算法加密，然后将处理过
的二进制字符写入到密文文件中。
实现的主要思路：
首先调用fopen（）函数打开文件，对打开的文件进行操作，
调用fseek（）函数定位读写指针函数fseek,将文件的读写指针移到文件结束位置，调
用ftell（）函数返回fp1指向的文件中的读写指针当前位置，即文件的长度，再调用
rewind（）函数将文件读写指针移到文件开始位置。
调用fgetc（）从fp1所指向的明文
文件中依次以二进制的方式读取字符，然后调用Block_Encrypt进行加密，并
把结果写入密文文件保存。
此外对于不足8byte的分组将填充*并作标记以便
进行加密。
Calls:
Block_Encrypt（）
CalledBy:
main（）
Input（type）char类型的数组
Output（type）:
char类型的数组
Return（type）:
无返回值的类型。
Others:
无
Bug:
测试中尚未发现
voidDecrypt（char*Cipherfpath,char*Plainfpath,unsignedchar*Keys）
Function:
实现的功能是：
接收密文文件路径和密钥，并打开文件，然后根据对文件的
操作依次从文件中以二进制方式读取字符，并使用DES算法解密，然后将处理过
的二进制字符写入到明文文件中。
实现的主要思路：
首先调用fopen（）函数打开文件，对打开的文件进行操作，
调用fseek（）函数定位读写指针函数fseek,将文件的读写指针移到文件结束位置，调
用ftell（）函数返回fp1指向的文件中的读写指针当前位置，即文件的长度，再调用
rewind（）函数将文件读写指针移到文件开始位置。
调用fgetc（）从fp1所指向的密文
文件中依次以二进制的方式读取字符，然后调用Block_Decrypt（）进行解密，并
把结果写入明文文件保存。
此外对于之前有填充标记的分组在解密后应该删除
填充进去的*。
Calls:
Block_Decrypt（）
CalledBy:
main（）
Input（type）char类型的数组
Output（type）:
char类型的数组
Return（type）:
无返回值的类型。
Others:
无
Bug:
测试中尚未发现
voidBlock_Encrypt（unsignedchar*Plain,unsignedchar*Cipher,unsignedchar*Key）
Function:
实现的功能是：
接收8个byte的明文，并使用DES算法加密，得到8个byte
的密文。
实现的主要思路：
首先调用CToB（）将二进制明文字符与密钥字符转换成
64bits，再依次对64bit的明文进行初始置换、16轮F_function（）函数的处理、32bit
对换和逆初始置换得到64bit密文。
在F函数中使用的子密钥是将输入的密钥进
行置换选择1的处理然后在每轮加密中再对密钥进行循环左移和置换选择2的处
理后得到子密钥。
最后调用BToC（）将64bit转换成8个byte的密文。
Calls:
CToB（），F_function（），L_Shift和BToC（）。
CalledBy:
Encrypt（）
Input（type）unsignedchar类型的数组
Output（type）:
unsignedchar类型的数组
Return（type）:
无返回值的类型。
Others:
无
Bug:
测试中尚未发现
voidBlock_Decrypt（unsignedchar*Cipher,unsignedchar*Plain,unsignedchar*Key）;
Function:
实现的功能是：
接收8个byte的密文，并使用DES算法加密，得到8个byte
的明文。
实现的主要思路：
首先调用CToB（）将二进制密文字符与密钥字符转换成
64bits，再依次对64bit的密文进行初始置换、16轮F_function（）函数的处理、32bit
对换和逆初始置换得到64bit明文。
在F函数中使用的子密钥是将输入的密钥进
行置换选择1的处理然后在每轮解密中再对密钥进行循环右移和置换选择2的处
理后得到子密钥。
最后调用BToC（）将64bit转换成8个byte的明文。
Calls:
CToB（），F_function（），R_Shift和BToC（）。
CalledBy:
Decrypt（）
Input（type）unsignedchar类型的数组
Output（type）:
unsignedchar类型的数组
Return（type）:
无返回值的类型。
Others:
无
Bug:
测试中尚未发现
voidCToB（unsignedchar*C_String,unsignedchar*B_String）
Function:
将字符（8byte）转换成二进制位值（64bit）
实现的主要思路：
利用表达式*（B_String+（8*i+7-j））=（C_String[i]>>j）&1
对C_String[i]中的字符进行移位操作取出每个位的值赋值给B_String。
Calls:
无
CalledBy:
Block_Encrypt和Block_Decrypt（）
Input（type）unsignedchar类型的数组
Output（type）:
unsignedchar类型的数组
Return（type）:
无
Others:
无
Bug:
测试尚未发现
voidBToC（unsignedchar*B_String,unsignedchar*C_String）
Function:
将二进制位值（64bit）转换成字符（8byte）
实现的主要思路：
利用表达式*（C_String+i）=*（C_String+i）|（*（B_String+
（8*i+j））<<（7-j））将B_String中的每8个值进行移位的等操作构成C_String中的
一个值。
Calls:
无
CalledBy:
Block_Encrypt和Block_Decrypt（）
Input（type）unsignedchar类型的数组
Output（type）:
unsignedchar类型的数组
Return（type）:
无
Others:
无
Bug:
测试尚未发现
voidL_Shift（unsignedchar*PC_Key,intcount）
Function:
将56bit的密钥分两部分左移count位
实现的主要思路：
利用memcpy（）对密钥进行复制操作，具体步骤如下：
memcpy（temp,PC_Key,count）;
memcpy（PC_Key,PC_Key+count,28-count）;
memcpy（PC_Key+（28-count）,temp,count）;//前28位左移count位
memcpy（temp,PC_Key+28,count）;
memcpy（PC_Key+28,PC_Key+（28+count）,28-count）;
memcpy（PC_Key+（56-count）,temp,count）;//后28位左移count位
Calls:
无
CalledBy:
Block_Encrypt和Block_Decrypt（）
Input（type）unsignedchar类型的数组和int型的值
Output（type）:
unsignedchar类型的数组
Return（type）:
无
Others:
无
Bug:
测试尚未发现
voidR_Shift（unsignedchar*PC_Key,intcount）
Function:
将56bit的密钥分两部分右移count位
实现的主要思路：
利用memcpy（）对密钥进行复制操作，具体步骤如下：
memcpy（temp,PC_Key+（28-count）,count）;
memcpy（PC_Key+count,PC_Key,28-count）;
memcpy（PC_Key,temp,count）;//前28位右移count位
memcpy（temp,PC_Key+（56-count）,count）;
memcpy（PC_Key+（28+count）,PC_Key+28,28-count）;
memcpy（PC_Key+28,temp,count）;//后28位右移count位
Calls:
无
CalledBy:
Block_Encrypt和Block_Decrypt（）
Input（type）unsignedchar类型的数组和int型的值
Output（type）:
unsignedchar类型的数组
Return（type）:
无
Others:
无
Bug:
测试尚未发现
voidF_function（unsignedchar*R_String,unsignedchar*S_Key）
Function:
对明密文的右半部分F函数进行处理，包括扩展置换、与子密钥异或、S
盒置换和P置换
实现的主要思路：
扩展置换利用E表将32位扩展到48位，然后与48位的子
密钥进行异或；S盒置换将48位的明密文分成8个6位块分别对应8个S盒替换
表，然后每个6位块中的第1和6位作为行号，其余的作为列号，在S盒替换表
中找到对应的值，这样将48位压缩到32位，然后再根据置换函数P进行置换操
作。
Calls:
无
CalledBy:
Block_Encrypt和Block_Decrypt（）
Input（type）unsignedchar类型的数组
Output（type）:
unsignedchar类型的数组
Return（type）:
无
Others:
无
Bug:
测试尚未发现
实验输入（可加截图）：
实验输入：
先选择加密，然后输入明文文件路径：
c:
\\123.jpg密钥：
yqg需要保存的密文文件路径：
c:
\\12301.jpg
先选择解密，然后输入密文文件路径：
c:
\\12301.jpg密钥：
yqg需要保存的明文文件路径：
c:
\\12302.jpg
结果输出（可加截图）：
先选择加密，然后输入明文文件路径：
c:
\\123.jpg密钥：
yqg结果保存了密文文件，路径：
c:
\\12301.jpg但是加密后格式无法打开。
先选择解密，然后输入密文文件路径：
c:
\\12301.jpg密钥：
yqg需要保存的明文文件路径：
c:
\\12302.jpg
实验小结
这次的实验比上次的难度增加了许多，尤其是涉及到取位值以及对位的操作，这个实验花费了很长的时间才基本完成实验的要求，实现了使用DES对任意文件进行加密解密。
通过本次实验，我加深了对DES加密解密算法的的了解，另一方面，我进一步熟悉了C语言的语法知识，主要就是对二进制文件的一些打开关闭和读写操作，另外还有对位的操作等知识。
在这次的实验中对文件打开的方式依然以二进制方式打开，但是因为本次实验中是每次对8个byte的字符进行加密解密操作，因此在读文件的时候使用了fread（）函数，每次从文件中读取8个byte的字符，然后用fwrite（）函数将8个byte的字符写入文件，另外我把实验中的大部分数组都声明为unsignedchar类型，在对字符串进行复制操作时调用了memcpy函数对字符串进行操作将更为方便。
这次的实验虽然基本完成了实验题目的要求，但是由于个人能力的原因，算法设计得有点复杂，加密解密需要花费太长的时间，因此还需要再改进。
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