实验对称密码算法DES.docx

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实验对称密码算法DES

实验3对称密码算法DES（验证型>

一、实验目的

通过用DES算法对实际的数据进行加密和解密来深刻了解DES的运行原理。

二、实验原理

DES算法属于分组加密算法，即在明文加密和密文解密过程中，信息都是按照固定长度分组后进行处理的。

混淆和扩散是它采用的两个最重要的安全特性。

混淆是指通过密码算法使明文和密文以及密钥的关系非常复杂，无法从数学上描述或者统计。

扩散是指明文和密钥中的每一位信息的变动，都会影响到密文中许多位信息的变动，从而隐藏统计上的特性，增加密码的安全。

b5E2RGbCAP

DES算法将明文分成64位大小的众多数据块，即分组长度为64位。

同时用56位密钥对64位明文信息加密，最终形成64位的密文。

p1EanqFDPw

需要注意的地方是掌握DES算法的16轮加、解密流程以及子密钥的产生流程。

三、实验环境

运行Windows或者Linux操作系统的PC机，具有gcc

DXDiTa9E3d

四、实验内容

1、算法分析

<1）写出DES算法的16轮加、解密流程；

<2）写出子密钥的产生流程；

2、下载DES算法的实现程序，并调用其程序对一个文件进行加密和解密，提交程序代码和执行结果。

3、调用下载的DES算法的实现程序对输入的十六进制数加密，比较输入和输出，当改变一个位时比较输出的变化，并说明原因。

RTCrpUDGiT

五、实验步骤

1、

（1>、

（2>、

2、打开VC++，编写程序如下：

#include"stdio.h"

#include"memory.h"//

#include"time.h"

#include"stdlib.h"

#definePLAIN_FILE_OPEN_ERROR-1

#defineKEY_FILE_OPEN_ERROR-2

#defineCIPHER_FILE_OPEN_ERROR-3

#defineOK1

typedefcharElemType。

//初始置换表IP

intIP_Table[64]={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}。

//逆初始置换表IP^-1

intIP_1_Table[64]={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}。

//扩充置换表E32--->48

intE_Table[48]={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}。

//置换函数P

intP_Table[32]={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}。

//S盒

intS[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}}}。

//置换选择1

intPC_1[56]={56,48,40,32,24,16,8,

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}。

//置换选择2

intPC_2[48]={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,

50,44,32,46,43,48,38,55,

33,52,45,41,49,35,28,31}。

//对左移次数的规定

intMOVE_TIMES[16]={1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1}。

5PCzVD7HxA

intByteToBit（ElemTypech,ElemTypebit[8]>。

intBitToByte（ElemTypebit[8],ElemType*ch>。

intChar8ToBit64（ElemTypech[8],ElemTypebit[64]>。

intBit64ToChar8（ElemTypebit[64],ElemTypech[8]>。

intDES_MakeSubKeys（ElemTypekey[64],ElemTypesubKeys[16][48]>。

jLBHrnAILg

intDES_PC1_Transform（ElemTypekey[64],ElemTypetempbts[56]>。

xHAQX74J0X

intDES_PC2_Transform（ElemTypekey[56],ElemTypetempbts[48]>。

LDAYtRyKfE

intDES_ROL（ElemTypedata[56],inttime>。

intDES_IP_Transform（ElemTypedata[64]>。

intDES_IP_1_Transform（ElemTypedata[64]>。

intDES_E_Transform（ElemTypedata[48]>。

intDES_P_Transform（ElemTypedata[32]>。

intDES_SBOX（ElemTypedata[48]>。

intDES_XOR（ElemTypeR[48],ElemTypeL[48],intcount>。

//异或操作Zzz6ZB2Ltk

intDES_Swap（ElemTypeleft[32],ElemTyperight[32]>。

//交换L分组与R分组交换.dvzfvkwMI1

intDES_EncryptBlock（ElemTypeplainBlock[8],ElemTypesubKeys[16][48],ElemTypecipherBlock[8]>。

rqyn14ZNXI

intDES_DecryptBlock（ElemTypecipherBlock[8],ElemTypesubKeys[16][48],ElemTypeplainBlock[8]>。

EmxvxOtOco

intDES_Encrypt（char*plainFile,char*keyStr,char*cipherFile>。

SixE2yXPq5

intDES_Decrypt（char*cipherFile,char*keyStr,char*plainFile>。

6ewMyirQFL

//字节转换成二进制

intByteToBit（ElemTypech,ElemTypebit[8]>{

intcnt。

for（cnt=0。

cnt<8。

cnt++>{

*（bit+cnt>=（ch>>cnt>&1。

//右移cnt位,与1相与.将字节装入8位二进制数组中.倒序装入kavU42VRUs

}//7=00000111,bit={11100000}

//printf（"%s",bit>。

return0。

}

//二进制转换成字节

intBitToByte（ElemTypebit[8],ElemType*ch>{

intcnt。

for（cnt=0。

cnt<8。

cnt++>{

*ch|=*（bit+cnt><

//为*（1>+*（10>+*（100>+0000+00000+0000000...=7y6v3ALoS89

}

return0。

}

//将长度为8的字符串转为二进制位串

intChar8ToBit64（ElemTypech[8],ElemTypebit[64]>{

intcnt。

for（cnt=0。

cnt<8。

cnt++>{

ByteToBit（*（ch+cnt>,bit+（cnt<<3>>。

//cnt<<3即为cnt*8M2ub6vSTnP

}

return0。

}

//将二进制位串转为长度为8的字符串

intBit64ToChar8（ElemTypebit[64],ElemTypech[8]>{

intcnt。

memset（ch,0,8>。

//以ch为起点的8位空间数组置0.

for（cnt=0。

cnt<8。

cnt++>{

BitToByte（bit+（cnt<<3>,ch+cnt>。

}

return0。

}

//IP置换

intDES_IP_Transform（ElemTypedata[64]>{

intcnt。

ElemTypetemp[64]。

for（cnt=0。

cnt<64。

cnt++>{

temp[cnt]=data[IP_Table[cnt]]。

}

memcpy（data,temp,64>。

//由temp所指内存区域复制64个字节到data所指内存区域,与strcpy同.0YujCfmUCw

return0。

}

//IP逆置换

intDES_IP_1_Transform（ElemTypedata[64]>{

intcnt。

ElemTypetemp[64]。

for（cnt=0。

cnt<64。

cnt++>{

temp[cnt]=data[IP_1_Table[cnt]]。

}

memcpy（data,temp,64>。

//由temp所指内存区域复制64个字节到data所指内存区域,与strcpy同eUts8ZQVRd

return0。

}

//密钥置换1pc-1

intDES_PC1_Transform（ElemTypekey[64],ElemTypetempbts[56]>{sQsAEJkW5T

intcnt。

for（cnt=0。

cnt<56。

cnt++>{

tempbts[cnt]=key[PC_1[cnt]]。

}

return0。

}

//密钥置换2pc-2

intDES_PC2_Transform（ElemTypekey[56],ElemTypetempbts[48]>{GMsIasNXkA

intcnt。

for（cnt=0。

cnt<48。

cnt++>{

tempbts[cnt]=key[PC_2[cnt]]。

}

return0。

}

//E扩展置换

intDES_E_Transform（ElemTypedata[48]>{//这里data两种用处,故为48位极人臣TIrRGchYzg

intcnt。

ElemTypetemp[48]。

for（cnt=0。

cnt<48。

cnt++>{

temp[cnt]=data[E_Table[cnt]]。

//这里data下标最高为32.

}

memcpy（data,temp,48>。

return0。

}

//P置换

intDES_P_Transform（ElemTypedata[32]>{

intcnt。

ElemTypetemp[32]。

for（cnt=0。

cnt<32。

cnt++>{

temp[cnt]=data[P_Table[cnt]]。

}

memcpy（data,temp,32>。

return0。

}

//循环左移

//左右两边同时循环左移相同的位数.

//10010循环左移1位为00101,左移2位为01010

intDES_ROL（ElemTypedata[56],inttimes>{

ElemTypetemp[56]。

//temp只保存将要循环到右边的位.

//保存将要循环移动到右边的位

memcpy（temp,data,times>。

//保存前28位的移位

memcpy（temp+times,data+28,times>。

//保存后28位的移位极人臣

//前28位移动

memcpy（data,data+times,28-times>。

//一般移位

memcpy（data+28-times,temp,times>。

//循环位移动

//后28位移动

memcpy（data+28,data+28+times,28-times>。

memcpy（data+56-times,temp+times,times>。

return0。

}

//生成子密钥

intDES_MakeSubKeys（ElemTypekey[64],ElemTypesubKeys[16][48]>{7EqZcWLZNX

ElemTypetemp[56]。

intcnt。

DES_PC1_Transform（key,temp>。

//PC1置换

for（cnt=0。

cnt<16。

cnt++>{//16轮跌代，产生16个子密钥

DES_ROL（temp,MOVE_TIMES[cnt]>。

//CiDi左右两边,循环左移

DES_PC2_Transform（temp,subKeys[cnt]>。

//PC2置换，产生子密钥

}

return0。

}

//异或

intDES_XOR（ElemTypeR[48],ElemTypeL[48],intcount>{lzq7IGf02E

intcnt。

for（cnt=0。

cnt

cnt++>{

R[cnt]^=L[cnt]。

//异或即为模2加法

}

return0。

}

//S盒置换48=8*632=8*4

intDES_SBOX（ElemTypedata[48]>{

intcnt。

intline,row,output。

intcur1,cur2。

for（cnt=0。

cnt<8。

cnt++>{

cur1=cnt*6。

cur2=cnt<<2。

//计算在S盒中的行与列b1b2b3b4b5b6b1b2//b3b4b5b6

line=（data[cur1]<<1>+data[cur1+5]。

row=（data[cur1+1]<<3>+（data[cur1+2]<<2>

+（data[cur1+3]<<1>+data[cur1+4]。

output=S[cnt][line][row]。

//化为2进制

data[cur2]=（output&0X08>>>3。

//取得output二进制倒数第4位为0还是1zvpgeqJ1hk

data[cur2+1]=（output&0X04>>>2。

//output=7=0111oxo4=0100NrpoJac3v1

data[cur2+2]=（output&0X02>>>1。

//相&得到0100右移2位得到11nowfTG4KI

data[cur2+3]=output&0x01。

}

return0。

}

//交换L分组与R分组交换.

intDES_Swap（ElemTypeleft[32],ElemTyperight[32]>{fjnFLDa5Zo

ElemTypetemp[32]。

memcpy（temp,left,32>。

memcpy（left,right,32>。

memcpy（right,temp,32>。

return0。

}

//加密单个分组

intDES_EncryptBlock（ElemTypeplainBlock[8],ElemTypesubKeys[16][48],ElemTypecipherBlock[8]>{tfnNhnE6e5

ElemTypeplainBits[64]。

//明文比特

ElemTypecopyRight[48]。

//

intcnt。

Char8ToBit64（plainBlock,plainBits>。

//初始置换

DES_IP_Transform（plainBits>。

//16轮迭代

for（cnt=0。

cnt<16。

cnt++>{

//将右半部分拷贝到数组中.

memcpy（copyRight,plainBits+32,32>。

//将右半部分进行扩展置换，从32位扩展到48位

DES_E_Transform（copyRight>。

//将右半部分与子密钥进行异或操作

DES_XOR（copyRight,subKeys[cnt],48>。

//异或结果进入S盒，输出32位结果

DES_SBOX（copyRight>。

//P置换

DES_P_Transform（copyRight>。

//将明文左半部分与右半部分进行异或

DES_XOR（plainBits,copyRight,32>。

if（cnt!

=15>{

//最终完成左右部的交换

DES_Swap（plainBits,plainBits+32>。

}

}

//逆初始置换

DES_IP_1_Transform（plainBits>。

Bit64ToChar8（plainBits,cipherBlock>。

return0。

}

//解密单个分组

intDES_DecryptBlock（ElemTypecipherBlock[8],ElemTypesubKeys[16][48],ElemTypeplainBlock[8]>{HbmVN777sL

ElemTypecipherBits[64]。

ElemTypecopyRight[4