C语言DES加密算法.docx

1、C语言DES加密算法云南大学软件学院School of Software, Yunnan University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/-d key inputfile outputfile 说明：对于加密来说，输入文件名就是明文文件

2、，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： int main(int argc, char *argv )实验环境操作系统：win7编译环境：Microsoft Visual Studio 2010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64bi

3、ts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char Plainfpath260声明字符数组存储明文文件的文件路径，char Cipherfpat

4、h260声明字符数组存储密文文件的文件路径，char key100声明字符数组存储密钥。对于读取出来的数据均以unsigned char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unsigned char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

5、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：void Encrypt(char *Plainfpat

6、h,char *Cipherfpath,unsigned char *Keys);/加密函数void Decrypt(char *Cipherfpath,char *Plainfpath,unsigned char *Keys);/解密函数void Block_Encrypt(unsigned char *Plain,unsigned char *Cipher,unsigned char *Key);/分组加密函数void Block_Decrypt(unsigned char *Cipher,unsigned char *Plain,unsigned char *Key);/分组加密函数vo

7、id CToB(unsigned char *C_String,unsigned char *B_String);/将字符类型转换成二进制类型的函数void BToC(unsigned char *B_String,unsigned char *C_String);/将二进制类型转换成字符类型的函数void L_Shift(unsigned char *PC_Key,int count);/加密中循环左移函数void R_Shift(unsigned char *PC_Key,int count);/解密中循环右移函数void F_function(unsigned char *R_Strin

8、g,unsigned char *S_Key);/F函数void Explain();/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： int main(char ch) ：Function: 为用户提供基本操作，调用加密解密函数。 Calls: Encrypt()，Decrypt()和Explain()。Called By: 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void Encrypt(c

9、har *Plainfpath,char *Cipherfpath,unsigned char *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

10、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() Called By: 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void Decrypt(char *Cipherfpath,char *Plainfpath,unsigned char

11、 *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Blo

12、ck_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() Called By: 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void Block_Encrypt(unsigned char *Plain,unsigned char *Cipher,unsigned char *Key)Function: 实现的功能是：接收8个byte

13、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()。 Called By: Encrypt() Input

14、(type) unsigned char类型的数组 Output(type): unsigned 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void Block_Decrypt(unsigned char *Cipher,unsigned char *Plain,unsigned char *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

15、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()。 Called By: Decrypt() Input(type) unsigned char类型的数组 Output(type): unsigned char类型的数组 Return(type): 无返回值的类型。 Others

16、: 无 Bug: 测试中尚未发现void CToB(unsigned char *C_String,unsigned char *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_Stringij)&1 对C_Stringi中的字符进行移位操作取出每个位的值赋值给B_String。 Calls: 无Called By: Block_Encrypt和Block_Decrypt()Input(type) unsigned char类型的数组 Output(type): unsigned

17、 char类型的数组 Return(type): 无 Others: 无 Bug: 测试尚未发现void BToC(unsigned char *B_String,unsigned char *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Called By: Block_Encrypt和Block_Decrypt()Inp

18、ut(type) unsigned char类型的数组 Output(type): unsigned char类型的数组 Return(type): 无 Others: 无 Bug: 测试尚未发现void L_Shift(unsigned char *PC_Key,int count)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)

19、,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Called By: Block_Encrypt和Block_Decrypt()Input(type) unsigned char类型的数组和int型的值 Output(type): unsigned char类型的数组 Return(type): 无 Others: 无 B

20、ug: 测试尚未发现void R_Shift(unsigned char *PC_Key,int count)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

21、),PC_Key+28,28-count); memcpy(PC_Key+28,temp,count);/后28位右移count位 Calls: 无Called By: Block_Encrypt和Block_Decrypt()Input(type) unsigned char类型的数组和int型的值 Output(type): unsigned char类型的数组 Return(type): 无 Others: 无 Bug: 测试尚未发现void F_function(unsigned char *R_String,unsigned char *S_Key)Function: 对明密文的右半

22、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Called By: Block_Encrypt和Block_Decrypt()Input(type) unsigned char类型的数组 Output(type): unsigned char类型的数组 Retur

23、n(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:12

24、302.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unsigned char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。