DES加密算法的替代算法上机报告.docx
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DES加密算法的替代算法上机报告
DES加密算法的替代算法
上机报告
课程名称
信息安全概论
专业名称
软件工程
班级
XXXX
学号
XXX
学生姓名
XXX
教师姓名
XXX
2014年10月13日
1概述
本次作业我使用的是C语言，选择的替代算法为三重三密DES加密算法。
2程序运行结果
2.1运行环境
Windows764位，DEV-C++4.9.9.2。
2.2运行方法
首先我们作如下约定：
DES.c文件所在文件夹的名称为src。
在src目录下新建4个txt文件，名称分别为plaintext.txt，key_1.txt，key_2.txt，key_3.txt。
在plaintext.txt中输入你想加密的内容；key_1.txt，key_2.txt，key_3.txt存储的是密钥K1，K2，K3，在其中输入你想设置的密钥（注意，应使这三个文件的大小均为8bytes，你设置的密钥才能被正确地识别）。
（在提供的源代码中已经包含了这些文件）
在DEV-C++中打开DES.c文件，选择运行编译运行。
运行完程序后，在src目录下，新增了一些文件，其中cipertext.txt存储的是加密后的密文，plaintext_solved.txt存储的是解密后得到的明文。
2.3测试运行截图
图1表示的是设置好的3个密钥K1，K2，K3。
图1
图2显示了明文、密文、解密后的明文。
图2
3核心代码解释
程序片段1（DES_EncryptBlock函数）是使用DES加密算法加密单个分组（8bytes）的。
首先，将8bytes数据转换成64bits数据，然后，进行初始置换（IP置换），进入16轮迭代，在这里值得注意的是，左右部分的交换只执行了15次，这是因为第16次就不再进行迭代计算了。
最后，将加密的64bits数据转化为8bytes数据。
解密过程与此大致相同。
程序片段1
intDES_EncryptBlock（ElemTypeplainBlock[8],
ElemTypesubKeys[16][48],ElemTypecipherBlock[8]）{
ElemTypeplainBits[64];
ElemTypecopyRight[48];
intcnt;
Char8ToBit64（plainBlock,plainBits）;
//初始置换（IP置换）
DES_IP_Transform（plainBits）;
//16轮迭代
for（cnt=0;cnt<16;cnt++）{
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（IP^1置换）
DES_IP_1_Transform（plainBits）;
Bit64ToChar8（plainBits,cipherBlock）;
return0;
}
程序片段2是使用DES加密算法加密文件的，使用到了DES_EncryptBlock函数，这里涉及到许多文件操作。
解密文件与此大致相同。
程序片段2
intDES_Encrypt（char*plainFile,char*keyStr,char*cipherFile）{
FILE*plain,*key,*cipher;
intcount;
ElemTypeplainBlock[8],cipherBlock[8],keyBlock[8];
ElemTypebKey[64];
ElemTypesubKeys[16][48];
if（（plain=fopen（plainFile,"rb"））==NULL）{
returnPLAIN_FILE_OPEN_ERROR;
}
if（（cipher=fopen（cipherFile,"wb"））==NULL）{
returnCIPHER_FILE_OPEN_ERROR;
}
if（（key=fopen（keyStr,"rb"））==NULL）{
returnKEY_FILE_OPEN_ERROR;
}
//设置密钥
fread（keyBlock,sizeof（char）,8,key）;
//将密钥转换为二进制流
Char8ToBit64（keyBlock,bKey）;
//生成子密钥
DES_MakeSubKeys（bKey,subKeys）;
while（!
feof（plain））{
//每次读8个字节，并返回成功读取的字节数
if（（count=fread（plainBlock,sizeof（char）,8,plain））==8）{
DES_EncryptBlock（plainBlock,subKeys,cipherBlock）;
fwrite（cipherBlock,sizeof（char）,8,cipher）;
}
}
if（count）{
//填充
memset（plainBlock+count,'\0',7-count）;
//最后一个字符保存包括最后一个字符在内的所填充的字符数量
plainBlock[7]=8-count;
DES_EncryptBlock（plainBlock,subKeys,cipherBlock）;
fwrite（cipherBlock,sizeof（char）,8,cipher）;
}
fclose（plain）;
fclose（cipher）;
fclose（key）;
returnOK;
}
在这些大型函数所使用的最小子函数中，无外乎这几类处理程序：
字节和比特流的互相转换、置换运算、S盒压缩运算。
下面对此一一说明。
程序片段3即为字节和比特流的互相转换，所用到的原理很简单：
任何数|0=任何数、移位操作。
在这里需要说明的是，在使用BitToByte函数时，必须初始化ch，使其8位都为0，因为任何数|0=任何数。
程序片段3
//字节转换成二进制
intByteToBit（ElemTypech,ElemTypebit[8]）{
intcnt;
for（cnt=0;cnt<8;cnt++）{
*（bit+cnt）=（ch>>cnt）&1;//与一位（1bit）“1”相与，结果仍为一位（1bit）
}
return0;
}
//二进制转换成字节
intBitToByte（ElemTypebit[8],ElemType*ch）{
intcnt;
for（cnt=0;cnt<8;cnt++）{
*ch|=*（bit+cnt）<}
return0;
}
程序片段4即为置换操作，在这两个函数中，使用到了PC_1和PC_2数组，通过两次使用中括号运算符巧妙地完成了置换操作。
程序中其他的置换操作与该程序片段类似。
程序片段4
//密钥置换1
intDES_PC1_Transform（ElemTypekey[64],ElemTypetempbts[56]）{
intcnt;
for（cnt=0;cnt<56;cnt++）{
tempbts[cnt]=key[PC_1[cnt]];
}
return0;
}
//密钥置换2
intDES_PC2_Transform（ElemTypekey[56],ElemTypetempbts[48]）{
intcnt;
for（cnt=0;cnt<48;cnt++）{
tempbts[cnt]=key[PC_2[cnt]];
}
return0;
}
程序片段5即为S盒压缩运算。
cur1和cur2分别是48bits输入和32bits输出的指针下标，然后程序中使用移位操作来代替乘法操作，这样做是为了提高程序运行效率。
接着，通过移位操作和乘法操作，按照S盒的计算方法计算所对应的行与列，得到输出。
最后，将输出转化为二进制。
程序片段5
//S盒置换
intDES_SBOX（ElemTypedata[48]）{
intcnt;
intline,row,output;
intcur1,cur2;
for（cnt=0;cnt<8;cnt++）{
cur1=cnt*6;
cur2=cnt<<2;//即cnt*4
//计算在S盒中的行与列
line=（data[cur1]<<1）+data[cur1+5];
//6bit输入中的第1和第6比特组成的二进制数确定行
row=（data[cur1+1]<<3）+（data[cur1+2]<<2）
+（data[cur1+3]<<1）+data[cur1+4];//6bit输入中的中间4位二进制数确定列
output=S[cnt][line][row];
//化为2进制
data[cur2]=（output&0X08）>>3;//任何数&1=任何数
data[cur2+1]=（output&0X04）>>2;
data[cur2+2]=（output&0X02）>>1;
data[cur2+3]=output&0x01;
}
return0;
}
程序片段6就是DES替代算法，可以很容易地看出程序的编写思路。
这两个函数直接调用了DES_Encrypt和DES_Decrypt函数，将产生的中间文件命名为X_temp.txt格式。
程序片段6
//加密--DES替代算法（三重三密）
intDES_advanced_Encrypt（）{
DES_Encrypt（"plaintext.txt","key_1.txt","1_temp.txt"）;
DES_Decrypt（"1_temp.txt","key_2.txt","2_temp.txt"）;
DES_Encrypt（"2_temp.txt","key_3.txt","cipertext.txt"）;
return0;
}
//解密--DES替代算法（三重三密）
intDES_advanced_Decrypt（）{
DES_Decrypt（"cipertext.txt","key_3.txt","3_temp.txt"）;
DES_Encrypt（"3_temp.txt","key_2.txt","4_temp.txt"）;
DES_Decrypt（"4_temp.txt","key_1.txt","plaintext_solved.txt"）;
return0;
}
附录源代码
#include"stdio.h"
#include"memory.h"
#include"stdlib.h"
#definePLAIN_FILE_OPEN_ERROR-1
#defineKEY_FILE_OPEN_ERROR-2
#defineCIPHER_FILE_OPEN_ERROR-3
#defineOK1
typedefcharElemType;
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]）;
intDES_PC1_Transform（ElemTypekey[64],ElemTypetempbts[56]）;
intDES_PC2_Transform（ElemTypekey[56],ElemTypetempbts[48]）;
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）;
intDES_Swap（ElemTypeleft[32],ElemTyperight[32]）;
intDES_EncryptBlock（ElemTypeplainBlock[8],ElemTypesubKeys[16][48],ElemTypecipherBlock[8]）;
intDES_DecryptBlock（ElemTypecipherBlock[8],ElemTypesubKeys[16][48],ElemTypeplainBlock[8]）;
intDES_Encrypt（char*plainFile,char*keyStr,char*cipherFile）;
intDES_Decrypt（char*cipherFile,char*keyStr,char*plainFile）;
//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E
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};//当下标为0，1，8，15时，左移次数为1，其他情况下，左移次数为2
//字节转换成二进制
intByteToBit（ElemTypech,ElemTypebit[8]）{
intcnt;
for（cnt=0;cnt<8;cnt++）{
*（bit+cnt）=（ch>>cnt）&1;//与一位（1bit）“1”相与，结果仍为一位（1bit）
}
return0;
}
//二进制转换成字节
intBitToByte（ElemTypebit[8],ElemType*ch）{//要求：
必须初始化ch，使其8位都为0，因为是或操作，任何数|0=任何数
intcnt;
for（cnt=0;cnt<8;cnt++）{
*ch|=*（bit+cnt）<}
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就是cnt*8,使用移位的目的是提高效率
}
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）;//首先要对ch进行初始化，使其8位都为0
for（cnt=0;cnt<8;cnt++）{
BitToByte（bit+（cnt<<3）,ch+cnt）;//cnt<<3就是cnt*8,使用移位的目的是提高效率
}
return0;
}
//生成子密钥
intDES_MakeSubKeys（ElemTypekey[64],ElemType
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