基于Matlab的DES算法Word文档下载推荐.docx
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%----------第一步输入明文和密钥-------------%
M='
0123456789ABCDEF'
;
%
K='
%
MB=[];
fori=1:
16
Mi=M（i）;
MBi=['
0000'
dec2bin（hex2dec（Mi））];
MBi=MBi（end-3:
end）;
MBi=[str2num（MBi
（1））,str2num（MBi
（2））,str2num（MBi（3））,str2num（MBi（4））];
MB=[MB,MBi];
end
M=MB;
%转化为64位二进制明文
KB=[];
Ki=K（i）;
KBi=['
dec2bin（hex2dec（Ki））];
KBi=KBi（end-3:
KBi=[str2num（KBi
（1））,str2num（KBi
（2））,str2num（KBi（3））,str2num（KBi（4））];
KB=[KB,KBi];
K=KB;
%转化为64位二进制密钥
%----------第三步产生密钥-------------%
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];
%PC_1置换矩阵56位
KEY0=K（PC_1）;
%初始矩阵变换64to56
%循环移位>
>
shift_array=-[1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1];
C（1,:
）=KEY0（1:
28）;
%C0
D（1,:
）=KEY0（29:
56）;
%D0
fori=2:
17
C（i,:
）=circshift（C（i-1,:
）'
shift_array（i-1））'
%前28位循环移位%circshift是右移移动负数位表示左移
D（i,:
）=circshift（D（i-1,:
%后28位循环移位
end
PC2=[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];
Ki=zeros（16,48）;
KEY_MAT=[C,D];
%17*56
KEY_MAT=KEY_MAT（2:
17,:
）;
%16*56
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];
fori=1:
Ki（i,:
）=KEY_MAT（i,PC_2）;
KEY=Ki;
%----------第四步Feistel结构-------------%
IP=[58504234261810260524436282012462544638302214664564840322416857494133251791595143352719113615345372921135635547393123157];
%IP初始置换矩阵
M=M（IP）;
%初始置换
m0_L=M（1:
32）;
%输入的左半部分明文
m0_R=M（33:
64）;
%输入的右半部分明文
[L,R]=fchange（m0_L,m0_R,1,KEY）;
mi=[L,R];
mi2_hex（1,:
）=mi
%%进入16轮迭代>
[L,R]=fchange（L,R,i,KEY）;
mi=[L,R];
mi2_hex（i,:
end
IP_1=[40848165624643239747155523633138646145422623037545135321612936444125220602835343115119592734242105018582633141949175725];
%%IP_1初始逆置换矩阵
m16=[R,L];
%最后一步进行交换
C=m16（IP_1）;
%IP逆置换
[m_hex]=m_2_hex（C）%转化为16进制输出密文%%
%%fchange.m
function[Li,Ri]=fchange（Li_1,Ri_1,m,KEY）
%%第i轮f函数的实现输入Ri-1表示第i-1轮的右半部分密文输出第i轮的密文Ri_1_ex=trm32_to_48（Ri_1）;
%第一步右半明文进行32to48扩展OKRi_1_ex2=reshape（Ri_1_ex'
1,48）;
%将扩展的48位变为向量OKf=bitxor（KEY（m,:
）,Ri_1_ex2）;
%与第i轮密钥按位异或
f1=reshape（f,6,8）'
%变为矩阵8个6位二进制数8*6
%经过S1盒
s=S_box
（1）;
x=2*f1（1,1）+f1（1,6）;
%S盒纵坐标y=8*f1（1,2）+4*f1（1,3）+2*f1（1,4）+f1（1,5）;
%S盒横坐标
f2=s（x+1,y+1）;
%取S盒中某一数
f2_bin=['
dec2bin（f2）];
%%字符串处理
f2_bin=f2_bin（end-3:
f2_1=[str2num（f2_bin
（1））,str2num（f2_bin
（2））,str2num（f2_bin（3））,str2num（f2_bin（4））];
%省略s2~s8盒
Ri_1_P=P_exchange（f2S）;
%转化为向量并置换运算P
Ri=bitxor（Li_1,Ri_1_P）;
%Li_1与f函数后的Ri_1进行按位异或
Li=Ri_1;
%交换位置
程序见demo5.m。
2）解密程序
DES算法设计巧妙也体现在其解密过程非常简单，结构和加密算法完全一样，只需要将16轮加密所用的密钥完全倒过来。
对密钥矩阵16X64的行倒序排列，得到倒过来后的密钥矩阵。
其余部分与解密程序
保持一致即可。
解密时，输入密文和密钥，得到明文。
程序见demo5_inv.m。
c）加密64比特明文，对密文进行解密得到明文，观察是否与初始明文一致
加密。
这里用Matlab中的GUI界面编写了加解密的交互程序。
交互程序见desecb.m。
在程序demo5.m中输入64比特明文及64比特密钥:
运行:
m_hex=56CC09E7CFDC4CEF
图2DES_demoGUI界面
解密：
在程序demo5_inv.m中输入64比特密文及64比特密钥:
56CC09E7CFDC4CEF'
m_hex=0123456789ABCDEF
将密文解密后与初始明文一致。
为了证明程序对DES算法的正确实现，用密码学习软件Cryptool进行了验证。
加密结果与本程序一致。
图3CrypTool加密结果
3.2DES弱密钥验证
a）用选定的弱密钥进行两次加密，观察得到的结果
用已知四个弱密钥中的一个’FFFFFFFFFFFFFFFF’，对'
进行加
密：
FFFFFFFFFFFFFFFF'
m_hex=6DCE0DC9006556A3
再次加密：
6DCE0DC9006556A3'
m_hex=0123456789ABCDEF
可以看出，两次加密后密文和第一次的初始明文一样，相当于是加密后再解密。
验证了弱密钥。
b）用选定的非弱密钥进行两次加密，观察得到的结果
用已知四个半弱密钥中的一个‘01FE01FE01FE01FE’和对'
进行加密：
M='
K='
01FE01FE01FE01FE'
m_hex=8A76C7A4F16D47ED
再用与‘01FE01FE01FE01FE’对应的半弱密钥FE01FE01FE01FE01FE01’加密：
8A76C7A4F16D47ED'
FE01FE01FE01FE01'
可以看出，一对半弱密钥能够互相加解密。
3.3DES算法初步应用
a）任意选定一个长度大于8个字符的字符串，设计一种方法对这个字符串进行加密
用电码本模式ECB直接对明文分成以64位一组的块，这里用密文分组链接模
式CBC来实现。
算法步骤：
1）对任意长（mbit）明文分成N组，每组64bit
2）初始向量IV与第一组明文异或
3）第i-1组密文与第i组明文异或作为DES的输入明文
4）迭代N-1次
5）得到N*64bit密文，截取为mbit
算法框图为：
图4DES_CBC模式基本结构
程序编写主要实现对任意长明文分组，以及对DES外围结构的改变。
主要代码如下：
0123456789ABCDEF0123456789ABCD0123456789ABCDEF0123456789ABCD'
%任意长明文
%密钥
IV='
11223344AABBCCDD'
%初始向量
%*****明文分组»
»
a=ceil（length（M）/16）;
%向上取整
MB=M;
16*a-length（M）
MB=[MB'
0'
];
Mi=[];
forj=1:
a
Mi（j,:
）=MB（（16*j-15）:
16*j）;
M=bitxor（M,IV）;
%算法核心是先按位异或再输入DES
程序见mydes.m，demo5_CBC.m。
运行，得密文：
C_CBC=
21BC605D513B38E8D8EF6671D93179070D7E6266C1FA5A5210099C143D26
与明文等长（60*4bit）。
b）分析你所设计的这种方法有什么优点和/或缺点
CBC算法的优点很明显能有效地避免ECB对明文统计特征的泄漏，因为同一明文块输入DES中的实际明文是不一样的。
CBC算法的缺点也是很明显的，由于其算法结构的限制，CBC不能实现并行运算，且误差传递效应比ECB差，一个密文块损坏，会引起两个明文块损坏。
3.4DES弥散特性分析
a）选择任意64比特明文m，选择任意56比特密钥k进行加密，并输出每一轮加密的64比特序列
选定明文和密钥，依次输出每一轮加密输出的密文：
明文：
密钥：
每一轮的加密结果如下表所示：
轮数
密文
1
F0AAF0AA5E1CEC63
2
5E1CEC6382E13C49
3
82E13C49499542F9
4
499542F90DD64AFB
5
0DD64AFB7036043B
6
7036043BF1470BC2
7
F1470BC2394C8F45
8
394C8F45348DC746
9
348DC746F37100C6
10
F37100C63C22A9CB
11
3C22A9CB0A37C369
12
0A37C3695C725FFB
13
5C725FFBF4748AD6
14
F4748AD6CC6C340E
15
CC6C340EBA88F699
BA88F699FB21FB9C
表116轮加密结果
b）随机改变m中的一个比特，用上述密钥k进行加密，并输出每一轮加密的64比特序列，与上一步的结果进行比较，你发现了什么？
将明文：
中第四位二进制改为1，则明文变为：
1123456789ABCDEF'
，用相同的密钥加密，用红字标注出前6轮密文中与之前对应相等的位数，结果为：
F0AAF0AA5E1DEC63
5E1DEC63A3E52C89
A3E52C89ECE9D0E2
ECE9D0E269DD75C5
69DD75C5ABC7850D
ABC7850D0DC7CB61
0DC7CB61A75AF648
A75AF64855F4CFF9
55F4CFF92689AB42
2689AB4249F54614
49F546142DFDC287
2DFDC287A9245140
A924514098AB62F9
98AB62F9D4C4149D
D4C4149DC833086F
C833086FAAE41685
表3明文改变1bit后的16轮加密结果
首先定性的可以明显看出:
第一轮密文有1bit不相等:
即
第二轮密文有7bit不相等:
为了说明弥散特性，对改变后的16轮密文与之前产生密文进行定量分析（相
等位数检查程序见bitcheck.m）:
相等位数
63
57
42
31
30
34
35
32
22
24
25
表4明文改变1bit前后的16轮加密结果中相等比特位数
由上表可以看出，随着轮数增加，初始明文1bit的改变对于密文的弥散效应越
好。
理论上，任意两个64位二进制序列相等时在相等位数为32时概率最大（每一位取0，1是等概率的），因此在第四轮之后可认为弥散效应已经使得两组64位二进制序列不具有相关性。
这些结论充分说明，1bit明文的改变对于密文的改变影响是很大的。
c）对明文m，随机改变k的一个比特，并以此进行加密，同样输出每一轮的64比特序列，与第一步中的结果进行比较，你发现了什么？
将密钥：
k='
中第四位二进制数改为1，则密钥为：
，输入相同的明文，用红字标注出前2轮密文中与之前对应相等的位数，结果为：
F0AAF0AA5F18EC63
5F18EC6382A82D5D
82A82D5D49A47B98
49A47B98B918F4AD
B918F4ADBEB55997
BEB5599751D27C9E
51D27C9E0D1B52DF
0D1B52DF1F1F5460
1F1F54603AA16D15
3AA16D15DBC7BB1E
DBC7BB1ED19C8AD1
D19C8AD1CF57EA82
CF57EA82F6DA759D
F6DA759D30E6B261
30E6B26198CA7A01
98CA7A0149C4EF99
表5密钥改变1bit后的16轮加密结果
同样进行弥散特性的定量分析：
62
55
47
28
33
29
36
41
表6密钥改变1bit前后的16轮加密结果中相等比特位数
与a）和b）中结果比较，1bit密钥的改变对于密文的改变影响同样是很大的。
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