3DES加密解密的实现.docx
《3DES加密解密的实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3DES加密解密的实现.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
3DES加密解密的实现
目录
1．背景与意义4
2.系统设计4
2.1系统主要目标4
2.2主要软件需求（运行环境）5
2.3功能模块与系统结构5
3系统功能程序设计6
3.1基本要求部分6
3.1.1相关格式转换函数6
3.1.2生成子密钥7
3.1.3DES中的轮结构10
IP逆置换11
E盒扩展11
P盒置换12
S盒置换13
左右交换14
3.1.4DES加密单个分组14
3.1.5DES解密单个分组16
3.1.63DES加密单个分组17
3.1.73DES解密单个分组17
3.2程序界面预览18
4.测试报告21
5．结论21
参考文献21
1．背景与意义
通过《应用密码学》这门课程学习了理论上的DES的加密和解密算法以后，通过C++类的思想和VC++图形界面的展示，通过实践实现基本的DES算法以及3DES（EDE2）。
并且通过此类派生出来的其他类，也可以再今后的场合中，包括IM软件，都可以调用此类来进行功能的扩展。
所以说DES核心算法的实现，是相当有意义的。
本程序主要实现了3DES（EDE2）基本的文本加密。
文本加密可以是8位以内的字符。
2.系统设计
2.1系统主要目标
基本要求部分：
根据题目要求完成了哪些内容，具体的列举出来
1．在深入理解DES加密/解密算法理论的基础上，设计一个3DES（EDE2模式）加密/解密软件系统；
2．完成一个明文分组的加解密，明文和密钥是ASCII码，且都从文本文件读取。
3.进行加密时，要求输出每次调用DES算法后的值，即加密一组明文输出两组中间值和一组密文，且能够进行正确的解密，输出同加密；
4.要求提供所设计系统的报告及完整的软件；
5.提供良好的用户界面。
较高要求部分：
1．如果明文不止一个分组，程序能完成分组，然后加密；密钥长度不足时能进行填充，过长是自动截取前面部分。
2．要求明文输入是文本文档，以及任意文件，且长度不止一个分组。
进行加密后，能够进行正确的解密；
3.程序代码有比较好的结构，如用类进行封装，通过调用类的成员函数实现加密解密功能等；
4.对加密大文件的考虑；
5.多线程的使用。
2.2主要软件需求（运行环境）
本软件适用VC语言编写，编译成功后的EXE文件可以在装有windows系统的任何计算机上使用。
测试平台：
Windows7（64）
使用软件：
VisualStudio2008
2.3功能模块与系统结构
本程序由于时间比较紧凑，自己写的函数没有封装到类里，以后有时间会继续完善代码。
以上是我本人写的18个函数，对于功能模块的进行了比较良好的划分。
CDESDlg是一个MFC自动生成的类。
其主要功能是实现了连接界面和内部核心代码之间的桥梁。
3系统功能程序设计
3.1基本要求部分
3.1.1相关格式转换函数
概述：
在MFC编程中，对于编辑框内容的获取，与文件的操作使用char型数据都是比较方便的，考虑到如此，过程中会有许多相互转化的函数。
因此我先把我用到的转换函数列出。
intByteToBit（charch,charbit[8]）
{
inti;
for（i=0;i<8;i++）
{
*（bit+（7-i））=（ch>>i）&1;
}
return0;
}
函数解释：
例如字符为’c’，ascii码为99，八位二进制为01100011，首先bit[0]的值是ch右移0位并与1，得1，bit[1]的值是ch右移1位并与1，得1，以此类推得到八位字符串11000110，在进行倒置得到目的字符的二进制形式。
intChar8ToBit64（charch[8],charbit[64]）
{
inti;
for（i=0;i<8;i++）
{
ByteToBit（*（ch+i）,bit+（i<<3））;
}
return0;
}
函数解释：
0左移3为变为0,1左移3位变为8,2变16,3变24,4变32,5变40,6变48,7变56；
调用ByteToBit将每个字符的二进制按顺序赋给各个bit数组。
intBit64ToChar8（charbit[64],charch[8]）
{
inti,j=0,k=0;
charbit1[8][8];
for（i=0;i<8;i++）
{
ch[i]=0;
}
for（i=0;i<64;i++）
{
bit1[j][k]=bit[i];
k++;
if（（i+1）%8==0）
{
j+=1;
k=0;
}
}
for（i=0;i<8;i++）
{
for（j=0;j<8;j++）
{
ch[i]+=bit1[i][j]*pow（2.0,（7-j））;
}
}
return0;
}
}
函数解释：
将64位的2进制变成8位的字符串，从bit[64]中读取，存放在ch[8]中。
3.1.2生成子密钥
概述：
子密钥产生过程的输入，为用户持有的64比特初始密钥，经过选择置换PC-1（permuted
Choice1），得到56bit，接着分为2个28bit分组，在进行一个循环左移位，再按PC-2进行压缩，得到子密钥。
intDES_MakeSubKeys（charkey[64],charsubKeys[16][48]）//subKeys[16][48]存储每一轮的密钥
{
chartemp[56];//临时存储
inti;
DES_PC1_Transform（key,temp）;//PC_1,将key[64]转到temp[56]里存放
for（i=0;i<16;i++）
{
DES_ROL（temp,Move_Left[i]）;//循环移位
DES_PC2_Transform（temp,subKeys[i]）;//PC_2
}
return0;
}
函数解释：
输入初始密钥，产生16轮的子密钥，存放在subKeys[16][48]这个二维数组里，调用了DES_PC1_Transform（charkey[64],chartempbts[56]），DES_PC2_Transform（charkey[56],char*tempbts），DES_ROL（chardata[56],inttime）三个函数
intDES_PC1_Transform（charkey[64],chartempbts[56]）//key[64]密钥，经过PC_1置换后存放在tempbts[56]中
{
inti;
for（i=0;i<56;i++）
{
tempbts[i]=key[PC_1[i]-1];
}
return0;
}
函数解释：
从key[64]中读取数据，经过PC_1置换后存放在tempbts[56]中
代码：
intDES_PC2_Transform（charkey[56],char*tempbts）//同上
{
inti;
for（i=0;i<48;i++）
{
tempbts[i]=key[PC_2[i]-1];
}
return0;
}
函数解释：
查PC-2表，置换密钥中的值
intDES_ROL（chardata[56],inttime）
{
inti;
//chartemp[56];
chardeposit[2];//存放要循环的数
switch（time）
{
case1:
//左移位为1时
deposit[0]=data[0];//前28位的左移位
for（i=1;i<28;i++）
{
data[i-1]=data[i];
}
data[27]=deposit[0];
deposit[0]=data[28];//后28位的左移位
for（i=29;i<56;i++）
{
data[i-1]=data[i];
}
data[55]=deposit[0];
break;
case2:
//左移位为2时
deposit[0]=data[0];//前28位
deposit[1]=data[1];
for（i=2;i<28;i++）
{
data[i-2]=data[i];
}
data[26]=deposit[0];
data[27]=deposit[1];
deposit[0]=data[28];//后28位，temp[28]-temp[55]
deposit[1]=data[29];
for（i=30;i<56;i++）
{
data[i-2]=data[i];
}
data[54]=deposit[0];
data[55]=deposit[1];
break;
}
return0;
}
函数解释：
这里用了一个switch语句，判断time传递进来的是1还是2，然后申明了一个deposit数组来存放要移位的数。
3.1.3DES中的轮结构
IP置换：
intDES_IP_Transform（chardata[64]）
{
inti;
chartemp[64];
for（i=0;i<64;i++）
{
temp[i]=data[IP_CHANGE_Table[i]-1];
}
memcpy（data,temp,64）;
return0;
}
函数解释：
从数组data[64]中读取数据，进行查表操作IP置换。
IP逆置换
intDES_IP_1_Transform（chardata[64]）
{
inti;
chartemp[64];
for（i=0;i<64;i++）
{
temp[i]=data[IP_BACK_Table[i]-1];
}
memcpy（data,temp,64）;
return0;
}
函数解释：
查IP_BACK_Table表，进行IP逆置换操作
E盒扩展
intDES_E_Transform（chardata[48]）
{
inti;
chartemp[48];
for（i=0;i<48;i++）
{
temp[i]=data[E_Table[i]-1];
}
memcpy（data,temp,48）;
return0;
}
函数解释：
查E_Table表，进行E盒扩展操作
异或
intDES_XOR（charR[48],charL[48],intcount）
{
inti;
for（i=0;i{
R[i]^=L[i];
}
return0;
}
函数解释：
输入要异或的数目，左右数组逐个进行异或操作。
存放在R的数组里。
P盒置换
intDES_P_Transform（chardata[32]）
{
inti;
chartemp[32];
for（i=0;i<32;i++）
{
temp[i]=data[P_Table[i]-1];
}
memcpy（data,temp,32）;
return0;
}
函数解释：
通过查找P_Table表完成P盒置换操作
S盒置换
intDES_SBOX（chardata[48]）
{
chartemp[8][6];
charrowtemp[2];//用数组存放行的头尾两个数字
charlinetemp[4];//存放中间的4个数字
inti,i1=3,j,k=0;
introw,line;
intmedian;
for（i=0;i<8;i++）
{
for（j=0;j<6;j++）
{
temp[i][j]=data[k];
k++;
}
}
for（i=0;i<8;i++）
{
rowtemp[1]=temp[i][0];
rowtemp[0]=temp[i][5];
row=int（rowtemp[1]*pow（2.0,1）+rowtemp[0]*pow（2.0,0））;//转10进制
linetemp[0]=temp[i][4];
linetemp[1]=temp[i][3];
linetemp[2]=temp[i][2];
linetemp[3]=temp[i][1];
line=int（linetemp[0]*pow（2.0,0）+linetemp[1]*pow（2.0,1）+linetemp[2]*pow（2.0,2）+linetemp[3]*pow（2.0,3））;//转10进制
median=S_Table[i][row][line];
//转2进制（从后面开始向前存储）
for（j=0;j<4;j++）
{
data[i1-j]=median%2;
median=median/2;
}
i1=i1+4;
}
return0;
}
函数解释：
将输入的48位数组的每6位进行分组，第1*2加上第6位为对应的行号，中间四位分别乘8,4,2,1的加和为对应的列号，进行查表置换得到ascii值，例如i=0，查s盒第一个表，行号keyXORri_1[0]*2+keyXORri_1[5]，列号为keyXORri_1[1]）*8+（keyXORri_1[2]）*4+（keyXORri_1[3]）*2+keyXORri_1[4]]
左右交换
intDES_Swap（charleft[32],charright[32]）
{
chartemp[32];
memcpy（temp,left,32）;
memcpy（left,right,32）;
memcpy（right,temp,32）;
return0;
}
函数解释：
通过memcpy这个系统函数来进行左右交换操作。
3.1.4DES加密单个分组
函数名：
DES_EncryptBlock
参数：
（charplainBlock[9],charsubKeys[16][48],charcipherBits[64]）
结论：
实现了加密单个分组的功能
代码：
intDES_EncryptBlock（charplainBlock[9],charsubKeys[16][48],charcipherBits[64]）
{
charplainBits[64]={0};
charcopyRight[48]={0};
inti;
//转进制
Char8ToBit64（plainBlock,plainBits）;
//IP置换
DES_IP_Transform（plainBits）;
for（i=0;i<16;i++）
{
//实现右半边操作
memcpy（copyRight,plainBits+32,32）;
//E盒扩充（输出位）
DES_E_Transform（copyRight）;
//右半边和每一轮子密钥异或（输出位）
DES_XOR（copyRight,subKeys[i],48）;
//S盒置换（输出位）
DES_SBOX（copyRight）;
//P盒置换（输出位）
DES_P_Transform（copyRight）;
//右边和左边进行异或（存放在plainBits）
DES_XOR（plainBits,copyRight,32）;
//第轮不交换
if（i!
=15）
{
DES_Swap（plainBits,plainBits+32）;
}
}
//IP逆置换
DES_IP_1_Transform（plainBits）;
memcpy（cipherBits,plainBits,64）;
return0;
}
3.1.5DES解密单个分组
函数名：
DES_DecryptBlock
参数：
（charcipherBits[64],charsubKeys[16][48],charplainBlock[9]）
结论：
实现了解密单个分组的功能
代码：
intDES_DecryptBlock（charcipherBits[64],charsubKeys[16][48],charplainBlock[9]）
{
inti;
charcopyRight[48]={0};
//IP置换
DES_IP_Transform（cipherBits）;
for（i=15;i>=0;i--）
{
//实现右半边操作
memcpy（copyRight,cipherBits+32,32）;
//E盒扩充（输出位）
DES_E_Transform（copyRight）;
//右半边和每一轮子密钥异或（输出位）
DES_XOR（copyRight,subKeys[i],48）;
//S盒置换（输出位）
DES_SBOX（copyRight）;
//P盒置换（输出位）
DES_P_Transform（copyRight）;
//右边和左边进行异或（存放在plainBits）
DES_XOR（cipherBits,copyRight,32）;
//第轮不交换
if（i!
=0）
{
DES_Swap（cipherBits,cipherBits+32）;
}
}
//IP逆置换
DES_IP_1_Transform（cipherBits）;
Bit64ToChar8（cipherBits,plainBlock）;
return0;
}
3.1.63DES加密单个分组
函数名：
DES_EncryptBlock3
参数：
（charplainBlock[9],charsubKeys1[16][48],charsubKeys2[16][48],charcipherBits[64]）
结论：
实现了3DES（EDE2）模式加密单个分组的功能
代码：
intDES_EncryptBlock3（charplainBlock[9],charsubKeys1[16][48],charsubKeys2[16][48],charcipherBits[64]）
{
//key1加密
DES_EncryptBlock（plainBlock,subKeys1,cipherBits）;
//key2解密
DES_DecryptBlock（cipherBits,subKeys2,plainBlock）;
//key1加密
DES_EncryptBlock（plainBlock,subKeys1,cipherBits）;
return0;
}
3.1.73DES解密单个分组
函数名：
DES_DecryptBlock3
参数：
（charcipherBits[64],charsubKeys1[16][48],charsubKeys2[16][48],charplainBlock[9]）
结论：
实现了3DES（EDE2）模式解密单个分组的功能
代码：
intDES_DecryptBlock3（charcipherBits[64],charsubKeys1[16][48],charsubKeys2[16][48],charplainBlock[9]）
{
//key1解密
DES_DecryptBlock（cipherBits,subKeys1,plainBlock）;
//key2加密
DES_EncryptBlock（plainBlock,subKeys2,cipherBits）;
//key1解密
DES_DecryptBlock（cipherBits,subKeys1,plainBlock）;
return0;
}
3.2程序界面预览
说明……………………
从文件中读出数据：
点击浏览可以选择读取文件
输出时要选择输出模式，有两种，分别是二进制输出和字符串输出，
这是二进制输出：
这是解密二进制输出：
这是解密：
4.测试报告
本程序经过测试，文本加密，任意字符，只要是电脑能显示出来的字符都能加密，而且轮密钥显示正常，也能解密回原来的结果。
但是由于没有做较高要求，所以只能加密和解密一个分组长度的字符。
5．结论
DES加密虽然已经过时了，但是通过本程序写的类的扩展性非常好，可以通过这个DESCORE核心代码扩展出很多DES的不同算法，当然也可以适用于不同加密模式。
本程序的内核结构非常清晰，但是由于时间原因，在服务类的设计上还有所欠缺。
我也学会了灵活使用MSDN查阅各种API和各种函数的用法。
通过进一步分析DES算法的特性，同时也对数据在内存中的存储有了更进一步的认识。
对MFC的windows编程有了进一步的认识。
但是由于基础还不够扎实，在写代码的时候也会遇到很多基础问题。
所以通过这次课程设计，使我明白了凡是都要把基础打牢固了，才能有更进一步的发展，基础不稳，知识面再广，也只是空中楼阁。
今后，我相信我还会再改写一遍3DES在这次的基础上会完善代码。
参考文献
[1]JeffreyRichter,ChristopheNasarre.Windows核心编程（第五版）[M]清华大学出版社 2008
[2]StanleyB.Lippman,JoseeLajoie,BarbrarE.Moo.C++Primer（第四版）[M]人民邮电出版社（第四版） 2006
[3]张仕斌,万武南,张金全,孙宣东.应用密码学[M]西安电子科技大学出版社2009
[4]王艳萍,张铮.Windows程序设计（第二版）[M]人民邮电出版社 2008
[5]孙鑫,余安萍.VC++深入详解[M]电子工业出版社2006
升级会员 