DES分组加密实验报告.docx
《DES分组加密实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《DES分组加密实验报告.docx（20页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
DES分组加密实验报告
DES分组密码实验报告
一、DES算法的实现
1．DES简介
DES算法工作：
如Mode为加密，则用Key去把数据Data进行加密，生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式（64位）作为DES的输出结果。
在通信网络的两端，双方约定一致的Key，在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密，然后以密码形式在公共通信网（如电话网）中传输到通信网络的终点，数据到达目的地后，用同样的Key对密码数据进行解密，便再现了明码形式的核心数据。
这样，便保证了核心数据（如PIN、MAC等）在公共通信网中传输的安全性和可靠性。
2.DES算法详述
（1）DES加密标准
DES是对二元数字分组加密的分组密码算法，分组长度为64比特。
每64位明文加密成64位密文，没有数据压缩和扩展，密钥长度为56比特，若输入64比特，则第8，16，24，32，40，48，56，64为奇偶校验位，所以，实际密钥只有56位。
DES算法完全公开，其保密性完全依赖密钥。
DES的加密过程可表示为：
DES（m）=IP-1T16·T15…T2·T1·IP（m）.
右图面是完全16轮DES算法框图：
图1完全16轮DES算法
1初始置换IP
初始置换是将输入的64位明文分为8个数组，每一组包括8位，按1至64编号。
IP的置换规则如下表：
表1IP置换规则
58
50
42
34
26
18
10
2
60
52
44
36
28
20
12
4
62
54
46
38
30
22
14
6
64
56
48
40
32
24
16
8
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
2IP-1是IP的逆置换
由于第1位经过初始置换后，已处于第40位。
逆置换就是再将第40位换回到第1位。
逆置换规则如下表所示：
表2IP-1置换
40
8
48
16
56
24
64
32
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
初始置换IP及其逆置换IP-1并没有密码学意义，因为置换前后的一一对应关系是已知的。
它们的作用在于打乱原来输入明文的ASCⅡ码字划分的关系，并将原来明文的第m8，m16，m24，m32，m40，m48，m56，m64位（校验位）变成IP的输出的一个字节。
3.DES算法的迭代过程
图中Li-1和Ri-1分别是第i-1次迭代结果的左右两部分，各32比特。
即Li=Ri-1,Ri=Li-1 f（Ri-1,ki）。
其中轮密钥Ki为48比特，函数F（R,K）的计算过程如图所示。
轮输入的右半部分R为32比特，R首先被扩展成48比特，扩展过程由表3定义，其中将R的16个比特各重复一次。
扩展后的48比特再与子密钥Ki异或，然后再通过一个S盒，产生32比特的输出。
该输出再经过一个由表4定义的置换，产生的结果即为函数F（R,K）的输出。
32
1
2
3
4
5
4
5
6
7
8
9
8
9
10
11
12
13
12
13
14
15
16
17
16
17
18
19
20
21
20
21
22
23
24
25
24
25
26
27
28
29
28
29
30
31
32
1
表3扩展E
ki是由64比特的初始密钥（亦称种子密钥）导出的第i轮子密钥，ki是48比特
DES算法的关键是f（Ri-1,ki）的功能，其中的重点又在S-盒（SubstitutionBoxes）上。
F函数的输出是32比特。
图3F函数计算过程图
将R经过一个扩展运算E变为48位，记为E（R）。
计算E（R）
K=B，对B施行代换S，此代换由8个代换盒组成，即S-盒。
每个S-盒有6个输入，4个输出，将B依次分为8组，每组6位，记B=B1B2B3B4B5B6B7B8其中Bj作为第j个S-盒的输入，其输出为Cj，C=C1C2C3C4C5C6C7C8就是代换S的输出，所以代换S是一个48位输入，32位输出的选择压缩运算，将结果C再实行一个置换P（表4），即得F（R,K）。
其中，扩展运算E与置换P主要作用是增加算法的扩散效果。
S-盒是DES算法中唯一的非线性部件，当然也就是整个算法的安全性所在。
它的设计原则与过程一直因为种种不为人知的因素所限，而未被公布出来。
S-盒如下表：
表4S-盒函数
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
5
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
S-盒的置换规则为：
取{0，1，…，15}上的4个置换，即它的4个排列排成4行，得一4*16矩阵。
若给定该S盒的6个输入为b0b1b2b3b4b5,在Si表中找出b0b5行，b1b2b3b4列的元素，以4位二进制表示该元素，此为S-盒Si的输出。
例1 S2的输入为101011，
b1=1，b6=1，b1b6=（11）2=3
（b2b3b4b5）2=（0101）2=5
查S2表可知第3行第5列的输出是15，15的二进制表示为1111。
则S2的输出为1111。
8个S-盒的代换方式都是一样的。
S盒输出的32比特经P置换，P置换的功能是将32位的输入，按以下顺序置换，然后输入仍为32比特。
P置换的顺序如表5：
表5置换P
16
7
20
21
29
12
28
17
1
15
23
26
5
18
31
10
2
8
24
14
32
27
3
9
19
13
30
6
22
11
4
25
4子密钥的生成
图4DES子密钥生成流程图
图4给出了子密钥产生的流程图。
首先对初始密钥经过置换PC-1（表2.6[7]），将初始密钥的8个奇偶校验位剔除掉，而留下真正的56比特初始密钥。
表3.6密钥置换PC-1
57
49
41
33
25
17
9
1
58
50
42
34
26
18
10
2
59
51
43
35
27
19
11
3
60
52
44
36
63
55
47
39
31
23
15
7
62
54
46
38
30
22
14
6
61
53
45
37
29
21
13
5
28
20
12
4
然后将此56位分为C0，D0两部分，各28比特，C0，D0如下：
C0=k57k49……k44k36
D0=k63k55……k12k4
然后分别进行一个循环左移函数LS1，得到C1，D1，将C1（28位）,D1（28位）连成56比特数据，再经过密钥置换PC-2（表7）做重排动作，从而便得到了密钥K1（48位）。
依次类推，便可得到K2，K3……K16。
表7密钥置换PC-2
14
17
11
24
1
5
3
28
15
6
21
10
23
19
12
4
26
8
16
7
27
20
13
2
41
52
31
37
47
55
30
40
51
45
33
48
44
49
39
56
34
53
46
42
50
36
29
32
其中LS1（1≤i≤16）表示一个或两个位置的循环左移，当i=1，2，9，16时，移一个位置，当i=3，4，5，6，7，8，10，11，12，13，14，15时，移两个位置。
（2）DES算法的解密过程
DES算法的解密过程跟加密过程是一样的，区别仅仅在于第一次迭代时用密钥k16，第二次k15、……，最后一次用k1，算法本身没有任何变化。
二、源代码
#include"memory.h"
#include"stdio.h"
enum {encrypt,decrypt};//ENCRYPT:
加密，DECRYPT：
解密
voiddes_run（charout[8],charin[8],booltype=encrypt）;
//设置密钥
voiddes_setkey（constcharkey[8]）;
staticvoidf_func（boolin[32],constboolki[48]）;//f函数
staticvoids_func（boolout[32],constboolin[48]）;//s盒代替
//变换
staticvoidtransform（bool*out,bool*in,constchar*table,intlen）;
staticvoidxor（bool*ina,constbool*inb,intlen）;//异或
staticvoidrotatel（bool*in,intlen,intloop）;//循环左移
//字节组转换成位组
staticvoidbytetobit（bool*out,constchar*in,intbits）;
//位组转换成字节组
staticvoidbittobyte（char*out,constbool*in,intbits）;
//置换IP表
conststaticcharip_table[64]={58,50,42,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,57,49,41,33,25,17,9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,61,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7};
//逆置换IP-1表
conststaticcharipr_table[64]={40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,31,38,6,46,14,54,22,62,30,37,5,45,13,53,21,61,29,36,4,44,12,52,20,60,28,35,3,43,11, 51,19,59,27,34,2,42,10,50,18,58,26,33,1,41,9,49,17,57,25};
//E位选择表
staticconstchare_table[48]={32,1,2,3,4,5,4,5,6,7,8,9,8,9,10,11,12,13,12,13,14,15,16,17,16,17,18,19,20,21,20,21,22,23,24,25,24,25,26,27,28,29,28,29,30,31,32,1};
//P换位表
conststaticcharp_table[32]={16,7,20,21,29,12,28,17,1,15,23,26,5,18,31,10,2,8,24,14,32,27,3,9,19,13,30,6,22,11,4,25};
//pc1选位表
conststaticcharpc1_table[56]={
57,49,41,33,25,17,9,1,
58,50,42,34,26,18,10,2,
59,51,43,35,27,19,11,3,
60,52,44,36,63,55,47,39,
31,23,15,7,62,54,46,38,
30,22,14,6,61,53,45,37,
29,21,13,5,28,20,12,4
};
//pc2选位表
conststaticcharpc2_table[48]={
14,17,11,24,1,5,3,28,
15,6,21,10,23,19,12,4,
26,8,16,7,27,20,13,2,
41,52,31,37,47,55,30,40,
51,45,33,48,44,49,39,56,
34,53,46,42,50,36,29,32
};
//左移位数表
conststaticcharloop_table[16]={1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};
//S盒
conststaticchars_box[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,
升级会员 