DES加密算法的实现.docx
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DES加密算法的实现
常州工学院
计算机信息工程学院
《数据结构》课程设计报告
题目DES加密算法的实现
班级14软一
学号姓名王磊(组长)
学号姓名王凯旋
学号姓名陶伟
2016年01月06日
一,实验名称:
DES加密算法的实现
二,实验内容:
a)熟悉DES算法的基本原理;
b)依据所算则的算法,编程实现该该算法;
c)执行程序并分析结果;
三,实验原理
1,概述
DES是一种分组加密算法,他以64位为分组对数据加密。
64位一组的明文从算法的一端输入,64位的密文从另一端输出。
DES是一个对称算法:
加密和解密用的是同一个算法(除密钥编排不同以外)。
密钥的长度为56位(密钥通常表示为64位的数,但每个第8位都用作奇偶检验,可以忽略)。
密钥可以是任意的56位数,且可以在任意的时候改变。
DES算法的入口参数有3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,是要被加密或解密的数据:
Mode为DES的工作方式,有两种:
加密或解密。
DES算法的工作过程:
若Mode为加密,则用Key对数据Data进行加密,生成Data的密码形式(64位)作为DES的输出结果;若Mode为解密,则用Key对密码形式的数据Data解密,还原为Data的明码形式(64位)作为DES的输出结果。
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,他所使用的密钥也是64位,DES对64位的明文分组进行操作。
通过一个初始置换,将明文分组分成左半部分和右半部分,各32位长。
然后进行16轮相同的运算,这些相同的运算被称为函数f,在运算过程中数据和密钥相结合。
经过16轮运算后左、右部分在一起经过一个置换(初始置换的逆置换),这样算法就完成了。
(1)初始置换
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,
即将输入的第58位换到第1位,第50位换到第2位,…,依次类推,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。
。
(2)逆置换
经过16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换的逆运算。
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。
(3)函数f(Ri,Ki)的计算
“扩展置换”是将32位放大成48位,“P盒置换”是32位到32位换位,
在(Ri,Ki)算法描述图中,选择函数功能是把6b数据变为4b数据。
(4)子密钥Ki(48b)的生成算法
开始,由于不考虑每个字节的第8位,DES的密钥从64位变为48位,如表6所示,首先56位密钥被分成两个部分,每部分28位,然后根据轮数,两部分分别循环左移l或2位。
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实际可用位数只有56位。
即:
经过密钥置换表的变换后,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,然后分别进行第一次循环左移,得到C1,D1,将C1(28位),D1(28位)合并得到56位,再经过压缩置换,从而便得到了密钥K0(48位)。
依次类推,便可得到K1,K2,…,K15。
需要注意的是,16次循环左移对应的左移位数要依据表7所示的规则进行。
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,区别仅在于第一次迭代时用子密钥K15,第二次是K14,…,最后一次用K0,算法本身并没有任何变化。
四,实验步骤:
a)选择并熟悉一种密码算法。
b)编写概要设计,详细设计报告
c)使用visualc++工具,编码.
d)调试及测试
五,主要程序
#include
#include
#include
voidshow1()//主界面
{
printf("\n\n\n\t\t***************DES加密解密系统******************\n\n");
printf("\t\t--------------------------------------------------\n");
//printf("\t\t--------------------------------------------------\n");
printf("\t\t**************************************************\n");
printf("\t\t**\t\t\t\t\t\t**\n");
printf("\t\t**\t\t\t\t\t\t**\n");
printf("\t\t**\t\t\t1.加密\t\t\t**\n");
printf("\t\t**\t\t\t\t\t\t**\n");
printf("\t\t**\t\t\t2.解密\t\t\t**\n");
printf("\t\t**\t\t\t\t\t\t**\n");
printf("\t\t**\t\t\t3.退出\t\t\t**\n");
printf("\t\t**\t\t\t\t\t\t**\n");
printf("\t\t**\t\t\t\t\t\t**\n");
printf("\t\t--------------------------------------------------\n");
}
voidshow2()//加密界面
{
printf("\n\n\n\t\t******************DES加密**********************\n\n");
printf("\t\t--------------------------------------------------\n");
printf("\t\t**************************************************\n");
printf("\t\t**\t\t\t\t\t\t**\n");
printf("\t\t**\t请选择明文和密钥的输入方式:
\t\t**\n");
printf("\t\t**\t\t\t\t\t\t**\n");
printf("\t\t**\t\t1.直接输入\t\t\t**\n");
printf("\t\t**\t\t\t\t\t\t**\n");
printf("\t\t**\t\t2.从文件读取\t\t\t**\n");
printf("\t\t**\t\t\t\t\t\t**\n");
printf("\t\t**\t\t3.退出\t\t\t\t**\n");
printf("\t\t**\t\t\t\t\t\t**\n");
printf("\t\t--------------------------------------------------\n");
printf("\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[],intarry3[],intnum)//置换函数(初始IP,逆初始IP,
{
inti,tmp;
for(i=0;i{
tmp=arry2[i];
arry3[i]=arry1[tmp];
}
}
intmove_times[16]={1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};//对左移位的规定
voidlif_move(intarry1[],intarry2[],intn)//左移位实现函数
{
inti;
for(i=0;i<28;i++)
{
arry2[i]=arry1[(n+i)%28];
}
}
intK[16][48];//存放16轮子密钥
intc[64];//存放明文或密文
intL[17][32],R[17][32];//存放加密过程中左右部分
voidSubKey(intK0[64])//子密钥产生函数
{
inti;
intK1[56],K2[56];
intC[17][28],D[17][28];
Replacement(K0,PC_1,K1,56);//密钥置换PC_1
for(i=0;i<28;i++)//将PC_1输出的56比特分为左右两部分
{
C[0][i]=K1[i];
D[0][i]=K1[i+28];
}
i=0;
while(i<16)
{
intj;
lif_move(C[i],C[i+1],move_times[i]);
lif_move(D[i],D[i+1],move_times[i]);
for(j=0;j<28;j++)
{
K2[j]=C[i+1][j];
K2[j+28]=D[i+1][j];
}
Replacement(K2,PC_2,K[i],48);//密钥置换PC_2
i++;
}
/*printf("\n子密钥生成过程中,左边生成的值:
");
for(i=0;i<17;i++)
{
intj;
printf("\nC[%d]:
",i);
for(j=0;j<28;j++)
{
if(j%7==0)
{
printf("");
}
printf("%d",C[i][j]);
}
}
printf("\n子密钥生成过程中,右边生成的值:
");
for(i=0;i<17;i++)
{
intj;
printf("\nD[%d]:
",i);
for(j=0;j<28;j++)
{
if(j%7==0)
{
printf("");
}
printf("%d",D[i][j]);
}
}*/
}
voidS_compress(intarry[],intshc[])//S盒压缩变换,其中数组shc存放经过s盒的结果
{
inth,l;//行,列
intsha[8];//存放经过s盒的十进制结果
inti,j;
inttemp[4];
for(i=0;i<8;i++)//s盒压缩变换
{
h=arry[(1+(i*6))-1]*2+arry[(6+(i*6))-1];
l=arry[(2+(i*6))-1]*8+arry[(3+(i*6))-1]*4+arry[(4+(i*6))-1]*2+arry[(5+(i*6))-1];
sha[i]=S_Box[i][h][l];
}
for(i=0;i<8;i++)
{
for(j=3;j>=0;j--)
{
temp[j]=sha[i]%2;
sha[i]=sha[i]/2;
}
for(j=0;j<4;j++)
{
shc[4*i+j]=temp[j];
}
}
/*printf("\n第%d次s盒的输出:
",m++);
for(i=0;i<32;i++)
{
if(i%8==0)
{
printf("");
}
printf("%d",shc[i]);
}*/
}
voidTo10(inta[],intb[],intn)//二进制转十进制
{
inti,j;
inttemp;
intarry[16][4];
for(i=0;i{
for(j=0;j<4;j++)
{
arry[i][j]=a[4*i+j];
}
}
for(i=0;i{
temp=arry[i][0]*8+arry[i][1]*4+arry[i][2]*2+arry[i][3]*1;
/*for(j=3;j>=0;j--)
{
if(arry[i][j]==1)
{
t=1;
for(k=0;k<3-j;k++)
{
t=t*2;
}
temp+=t;
}
}*/
b[i]=temp;
}
}
voidTo102(inta[],intb[],intn)//二进制转十进制
{
inti,j;
inttemp;
intarry[8][8];
intt=1,k;
for(i=0;i{
for(j=0;j<8;j++)
{
arry[i][j]=a[8*i+j];
}
}
for(i=0;i{
temp=0;
for(j=7;j>=0;j--)
{
if(arry[i][j]==1)
{
t=1;
for(k=0;k<7-j;k++)
{
t=t*2;
}
temp+=t;
}
}
b[i]=temp;
}
}
voidF_Function(inta[32],intb[32],intn)//F函数
{
inti;
inttmp[48];
inttep[32];
Replacement(a,E_Table,tmp,48);//扩展变换E
/*printf("\n第%d轮E盒扩展结果:
",n);
for(i=0;i<48;i++)
{
if(i%8==0)
print