DES加密解密算法.docx
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DES加密解密算法
DES加密解密算法
1实验目的
了解数据加密标准DES算法的执行过程、密钥编排方案和加密算法的实现过程等有一个更加清晰地认识。
2算法大概流程
如下图所示，DES是一个16轮的Feistel型结构密码，它的分组长度为64比特，用一个56比特的密钥来加密一个64比特的明文串，输出一个64比特的密文串。
其中，使用密钥为64比特，实用56比特，另8位用作奇偶校验。
加密的过程是先对64位明文分组进行初始置换，然后分左、右两部分分别经过16轮迭代，然后再进行循环移位与变换，最后进行逆变换得出密文。
3步骤
3.1准备DES的各种表
包括初始置换表intIP_Table[64]，逆初始置换表intIP_1_Table[64]，扩充置换表intE_Table[48]，置换函数intP_Table[32]，DES的S盒S[8][4][16]。
生成子秘钥需要使用的表，置换选择1表PC_1[56]，置换选择2表PC_2[48]，对于左移的规定，即规定第i次迭代时左移多少位的表MOVE_TIMES[16]。
3.2生成子秘钥
下面是生成子密钥的函数，将16轮迭代所需要的子秘钥全都存放在subKeys[16][48]之中。
这个过程中首先是对初始秘钥进行置换选择1的操作，使用到之前定义的置换选择1表PC_1；
置换选择1的输出作为第一轮迭代的输入。
每一次迭代进行的操作，首先是将56位秘钥分为前28位和后28位分别进行循环左移，使用到之前定义的循环左移表MOVE_TIMES[16]。
前后两部分循环左移的输出组合在一起，一方面作为下一轮迭代的输入，另一方面继续进行置换选择2操作，使用到置换选择2表PC_2，需要注意的是置换选择2的输出是48位的。
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;
}
下面这是进行置换选择1操作的函数：
intDES_PC1_Transform（ElemTypekey[64],ElemTypetempbts[56]）{
intcnt;
for（cnt=0;cnt<56;cnt++）{
tempbts[cnt]=key[PC_1[cnt]];
}
return0;
}
下面这是进行循环左移操作的函数：
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;
}
下面这是进行置换选择2操作的函数：
intDES_PC2_Transform（ElemTypekey[56],ElemTypetempbts[48]）{
intcnt;
for（cnt=0;cnt<48;cnt++）{
tempbts[cnt]=key[PC_2[cnt]];
}
return0;
}
3.3对64位明文进行初始置换
64位的明文存放在数组data[64]中，初始置换使用到IP_Table这就是预先定义的初始置换表。
初始置换的输出作为加密算法的第一轮迭代的输入。
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;
}
3.4实现加密算法每一轮的f（R0,k1）操作
3.4.1扩充置换操作
将该轮64位的输入分为前32位和后32位两部分，对后32位进行下面的扩展置换，后32位被扩展为48位，这其中使用到了之前定义的扩展置换表E_Table。
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;
}
3.4.2第一次异或操作
之后对扩展置换的输出与该轮秘钥进行异或操作。
intDES_XOR（ElemTypeR[48],ElemTypeL[48],intcount）{
intcnt;
for（cnt=0;cntR[cnt]^=L[cnt];
}
return0;
}
3.4.3代换选择操作
对异或操作的输出进行代换选择操作，这其中会用到之前定义的S盒S，需要注意的是这个操作的输出为32位，而输入是48位。
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;
}
3.4.4置换操作
对代换置换操作的输出结果进行置换操作，用到置换表P_Table。
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;
}
3.4.5第二次异或操作
在3.4.1中我们已经说明，将该轮输入分为前32位和后32位两部分，而3.4.1、3.4.2、3.4.3以及3.4.4都是对后32位进行的一系列操作，前32位一直保持着输入时的状态。
现在我们将前32位与3.4.4中置换操作的输出作异或操作。
intDES_XOR（ElemTypeR[48],ElemTypeL[48],intcount）{
intcnt;
for（cnt=0;cntR[cnt]^=L[cnt];
}
return0;
}
3.4.6生成该轮的输出
将该轮64位的输入的前32位，和3.4.5第二次异或操作的输出组合起来。
使得第二次异或操作的输出在前，而之前的前32位在后，作为该轮的输出。
3.5进行32互换操作
下面是将64位数据的前32位看做一个整体，后32位看做一个整体，交换顺序的函数。
这个函数在第16轮迭代执行完之后执行，因为如2中算法流程所示，第16轮的输出经过前32位与后32位互换之后才作为逆初始置换的输入。
intDES_Swap（ElemTypeleft[32],ElemTyperight[32]）{
ElemTypetemp[32];
memcpy（temp,left,32）;
memcpy（left,right,32）;
memcpy（right,temp,32）;
return0;
}
3.6进行逆初始置换
初始逆置换操作是初始置换的逆操作，但是初始逆置换的输入是3.5互换操作的输出。
初始逆置换的输出便是整个加密算法最终的输出，即经过DES算法加密的密文。
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;
}
4实验结果
输入秘钥：
whfutigd
输入明文：
wangxini
程序进行加密操作：
输出密文为：
1111101111001000011110001000001000011111111110011011010111011011
输入密文：
1111101111001000011110001000001000011111111110011011010111011011
程序进行解密操作：
输出为：
wangxini
5实验完整代码
#include
#include"memory.h"
usingnamespacestd;
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;
//cout<}
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;
}
voidDES_PC1_Transform（ElemTypekey[64],ElemTypetempbts[56]）{
intcnt;
for（cnt=0;cnt<56;cnt++）{
tempbts[cnt]=key[PC_1[cnt]];
}
}
voidDES_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）;
}
intDES_PC2_Transform（ElemTypekey[56],ElemTypetempbts[48]）{
intcnt;
for（cnt=0;cnt<48;cnt++）{
tempbts[cnt]=key[PC_2[cnt]];
}
return0;
}
voidDES_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
}
}
voidDES_IP_Transform（ElemTypedata[64]）{
intcnt;
ElemTypetemp[64];
for（cnt=0;cnt<64;cnt++）{
temp[cnt]=data[IP_Table[cnt]];
}
memcpy（data,temp,64）;
}
voidDES_E_Transform（ElemTypedata[48]）{
intcnt;
ElemTypetemp[48];
for（cnt=0;cnt<48;cnt++）{
temp[cnt]=data[E_Table[cnt]];
}
memcpy（data,temp,48）;
}
//P置换
voidDES_P_Transform（ElemTypedata[32]）{
intcnt;
ElemTypetemp[32];
for（cnt=0;cnt<32;cnt++）{
temp[cnt]=data[P_Table[cnt]];
}
memcpy（data,temp,32）;
}
//异或
voidDES_XOR（ElemTypeR[48],ElemTypeL[48],intcount）{
intcnt;
for（cnt=0;cntR[cnt]^=L[cnt];
}
}
//S盒置换
voidDES_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[c
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