信息安全实验报告DES加密算法.docx
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信息安全实验报告DES加密算法
中北大学大学软件学院
《网络攻击与防御》
实验报告
计算机科学与技术学院
计算机系网络教研室制
课程名称：
信息安全技术
实验名称：
DES加密算法
指导教师：
班级：
学生姓名：
学号：
实验日期：
16-5-1016:
00-17:
45
实验地点：
软件学院
实验成绩：
一、实验目的
通过用DES算法对实际数据进行加密和解密来深刻了解DES的运行原理，进而加深对对称加密算法的理解与认识。
预备知识：
1）数据加密标准（DES，DataEncryptionStandard）是一种使用密钥加密的块密码，1976年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准（FIPS），随后在国际上广泛流传开来。
它基于使用56位密钥的对称算法。
这个算法因为包含一些机密设计元素，相对短的密钥长度以及怀疑内含美国国家安全局（NSA）的后门而在开始时有争议，因此DES因此受到了强烈的学院派式的审查，并以此推动了现代的块密码及其密码分析的发展。
2）DES算法的入口参数有三个:
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，是要被加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式,有两种：
加密或解密。
3）DES算法的安全性，DES现在已经不是一种安全的加密方法，主要因为它使用的56位密钥过短。
1999年1月，与电子前哨基金会合作，在22小时15分钟内即公开破解了一个DES密钥。
也有一些分析报告提出了该算法的理论上的弱点，虽然在实际中难以应用。
为了提供实用所需的安全性，可以使用DES的派生算法3DES来进行加密，虽然3DES也存在理论上的攻击方法。
在2001年，DES作为一个标准已经被高级加密标准（AES）所取代。
4）对称密码算法（Symmetriccipher）：
加密密钥和解密密钥相同，或实质上等同，即从一个易于推出另一个。
又称传统密码算法（Conventionalcipher）、秘密密钥算法或单密钥算法。
5）分组密码（Blockcipher）：
将明文分成固定长度的组，用同一密钥和算法对每一块加密，输出也是固定长度的密文。
——DES、IDEA、RC2、RC4、RC5
分组密码是将明文消息编码表示后的数字（简称明文数字）序列，划分成长度为n的组（可看成长度为n的矢量），每组分别在密钥的控制下变换成等长的输出数字（简称密文数字）序列。
6）CAP（CryptographicAnalysisProgram）是由DR.RichardSpillman专门为教学而研制的密码制作与分析工具，已经在美国的很多高校得到了广泛地使用，受到了密码学习者的普遍欢迎。
二、实验环境
操作系统：
运行Windows，VS2010编译环境。
三、实验内容与实验要求
对学号姓名加解密
任务一：
DES加解密算法的原理
DES算法的加密流程图及参数：
DES的参数：
密钥长度：
56比特
输入：
64比特
输出：
64比特
运算轮数：
16
DES解密过程与加密过程完全相似，只不过将16次迭代的子密钥顺序倒过来，即：
m=DES-1（c）=IP-1•T1•T2•.....T15 •T16•IP（c）
可以证明DES-1（DES（m））=m
任务二:
DES算法的实现
根据对DES算法的介绍，自己创建明文信息，并选择一个密钥，编写DES密码算法的实现程序，实现加密和解密操作，并算结果将CAP4的运进行比较。
四、实验过程与分析
在虚拟机SQLServer2008中用MicrosoftVisualStudio软件新建一个项目命名为DES。
导入加解密代码，编译运行。
在该项目所在的文件夹下新建如下四个.txt文件：
1.txtkey.txt2.txt3.txt
在1.txt中写入要加密的学号和密码，key.txt中写入加密的密码,点击DES.exe运行，运行结果的加密密文在2.txt，解密后的内容在3.txt中。
加解密代码如下：
#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};
//字节转换成二进制
intByteToBit（ElemTypech,ElemTypebit[8]）{
intcnt;
for（cnt=0;cnt<8;cnt++）{
*（bit+cnt）=（ch>>cnt）&1;
}
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;
}
//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））;
}
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）;
for（cnt=0;cnt<8;cnt++）{
BitToByte（bit+（cnt<<3）,ch+cnt）;
}
return0;
}
//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;
}
//循环左移
intDES_ROL（ElemTypedata[56],inttime）{
ElemTypetemp[56];
//保存将要循环移动到右边的位
memcpy（temp,data,time）;
memcpy（temp+time,data+28,time）;
//前28位移动
memcpy（data,data+time,28-time）;
memcpy（data+28-time,temp,time）;
//后28位移动
memcpy（data+28,data+28+time,28-time）;
memcpy（data+56-time,temp+time,time）;
return0;
}
//生成子密钥
intDES_MakeSubKeys（ElemTypekey[64],ElemTypesubKeys[16][48]）{
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]）;//循环左移
DES_PC2_Transform（temp,subKeys[cnt]）;//PC2置换，产生子密钥
}
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）;
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）;
return0;
}
//扩展置换
intDES_E_Transform（ElemTypedata[48]）{
intcnt;
ElemTypetemp[48];
for（cnt=0;cnt<48;cnt++）{
temp[cnt]=data[E_Table[cnt]];
}
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;
}
//异或
intDES_XOR（ElemTypeR[48],ElemTypeL[48],intcount）{
intcnt;
for（cnt=0;cntR[cnt]^=L[cnt];
}
return0;
}
//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;
//计算在S盒中的行与列
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;
data[cur2+1]=（output&0X04）>>2;
data[cur2+2]=（output&0X02）>>1;
data[cur2+3]=output&0x01;
}
return0;
}
//交换
intDES_Swap（ElemTypeleft[32],ElemTyperight[32]）{
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]）{
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;
}
//解密单个分组
intDES_DecryptBlock（ElemTypecipherBlock[8],ElemTypesubKeys[16][48],ElemTypeplainBlock[8]）{
ElemTypecipherBits[64];
ElemTypecopyRight[48];
intcnt;
Char8ToBit64（cipherBlock,cipherBits）;
//初始置换（IP置换）
DES_IP_Transform（cipherBits）;
//16轮迭代
for（cnt=15;cnt>=0;cnt--）{
memcpy（copyRight,cipherBits+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（cipherBits,copyRight,32）;
if（cnt!
=0）{
//最终完成左右部的交换
DES_Swap（cipherBits,cipherBits+32）;
}
}
//逆初始置换（IP^1置换）
DES_IP_1_Transform（cipherBits）;
Bit64ToChar8（cipherBits,plainBlock）;
return0;
}
//加密文件
intDES_Encrypt（char*plainFile,char*keyStr,char*cipherFile）{
FILE*plain,*cipher;
intcount;
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