DES加密算法的分析与实现实验指导书Word文件下载.docx

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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。

　　通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key，便能更进一步提高数据的保密性，这正是现在金融交易网络的流行做法。

　2、DES算法加密过程：

2.1、加密流程图如下所示：

2.2、明文的初始置换：

是把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位，其置换规则见下表：

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,

　　即将输入的第58位换到第一位，第50位换到第2位，...，依此类推，最后一位是原来的第7位。

L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0是右32位，例：

设置换前的输入值为D1D2D3......D64，则经过初始置换后的结果为：

L0=D58D50...D8；

R0=D57D49...D7。

2.3、子密钥ki（k1-k16）的生成:

•第一步：

将64位密钥除去第8,…,64位形成56位密钥。

•第二步：

对56位密钥进行位置置换PC1。

•第三步：

将56位的密钥分左右各28位。

•第四步：

分别对两个部分进行一定次数的循环左移。

•第五步：

经置换运算PC2,形成本轮的子密钥Ki.

•第六步：

将第4步的输出送入第2步继续迭代直至16轮结束，便生成了16个子密钥。

　　　　　　　　　　　　　子密钥生成流程图

◆其中pc1矩阵为（方法和前面的明文置换矩阵一致）：

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 

44 

36 

65 

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 

◆其中置换选择矩阵pc2为

24 

28

4

8 

16 

52 

40 

48 

56 

32 

◆其中循环左移的位数为：

1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1（即第一次循环左移1位，第三次为2位，……第十五次为2位，第十六次为1位）

2.4、DES算法中跌代过程

第一步：

将上轮计算结果分为左右32位两个部分。

对右部进行扩展置换运算E，将数据扩展为48位。

和本轮的子密钥进行异或操作。

压缩置换运算S，将数据压缩为32位。

置换运算P。

和左部32位进行异或操作。

将结果输出到结果的右部

结果的左部直接由上轮输入数据的右部构成。

组合左部和右部就形成了下一轮输入的数据。

◆其中：

扩展转换运算E为（将32位扩展成48位）

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,

置换运算矩阵P为：

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,

◆压缩置换运算S计算过程为：

将输入的48位数据自左至右分成8组，每组6位，送入8个Si子运算中，Si子运算是一个非线性代换运算，Si的输出为4位，将8个输出组合后即形成了32位的数据。

每个Si的运算如下：

将输入的1,6位组合形成行，将2,3,4,5位组合形成列

在Si中的对应行列的数字即为Si的输出

选择函数Si

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,

这里举一个例子：

假设S4的输入为101100，则1,6位组合为10，即第2行，则2,3,4,5位组合为0110，即第6列，因此S4的输出应该是第2行第6列的数字7，即0111。

2.5、逆初始置换：

（和初始转换的方法一样）

　　经过16次迭代运算后。

得到L16、R16，将此作为输入，进行逆置换，即得到密文输出。

逆置换正好是初始置的逆运算，例如，第1位经过初始置换后，处于第40位，而通过逆置换，又将第40位换回到第1位，其逆置换规则如下表所示：

　　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,

　　34,2,42,10,50,18,5826,33,1,41,9,49,17,57,25,　　

3、DES算法举例

•假设明文m＝computer,密钥m＝program

　　　m=01100011011011110110110101110000

　　01110101011101000110010101110010

　　　k=01110000011100100110111101100111

　　011100100110000101101101

•其中01100011和01101111分别是c和o的ASCII码，余此类推。

这里k只有56位，必须插进第8，16，24，32，40，48，56，64位的奇偶校验位成64比特位。

其实，这8位对加密过程无影响。

•明文m经过IP1置换后得：

L0=11111111101110000111011001010111

R0=00000000111111110000011010000011

密钥k经过PC-1置换后得：

C0=1110110010011001000110111011

D0=1011010001011000100011100110

各左移1位后通过PC-2得48位子密钥k1:

　　k1=00111101100011111001101

00110111001111101001000

•R0（32位），经过置换运算E膨胀为48位：

100000000001011111111110

100000001101010001001000

再和k1作异或运算得到：

101111011001100000110011

101101111110101101001110

分成8组：

101111011001100000110011

101101111110101101001110

•通过S运算输出为32位：

01110110001101000010011010100001

以S1子运算为例：

输入为101111，

行b1b6（11）=3,

列b2b3b4b5（0111）=7,

S1矩阵中第3行第7列的数字为7（0111）,

故输出为0111。

其它7个子运算类似。

•S运算结果经过置换运算P后的结果为：

01000100001000001001111010011111

经过第1轮迭代的结果为：

00000000111111110000011010000011

10111011100110001110100011001000

经过第16轮迭代的结果经IP2置换运算后的结果即为密文：

01011000101010000100000110111000

01101001111111101010111000110011

对于DES的加密结果来说，每一比特都是明文m和密钥k的每一比特的复杂函数，即明文m或密钥k改变一个比特都将对密文产生剧烈影响。

4、数据的解密

数据解密的算法与加密算法相同,区别在于1.2.3步中和数据进行按位异或的密钥的使用顺序不同,在加密中是按照第i次迭代就采用第i次迭代生成的密钥进行异或,而解密时第i次迭代就采用第17-i次迭代生成的密钥和数据进行异或.

四、实验要求

按上面所介绍的加密、解密算法用一种程序工具（如C）编程实现DES算法。

五、实验报告要求

1、详细地写出实现此算法的思想；

2、写出程序代码。

六、实验成绩评定

1、上机考勤占20%；

2、详细写出程序的设计思想占20%；

3、DES程序的实现占20%；

4、实验报告占40%。

七、附件：

程序代码

#include<

stdlib.h>

stdio.h>

string.h>

#defineENCRYPT1

#defineDECRYPT0

staticvoidprintHex（char*cmd,intlen）;

staticvoidprintArray（constchar*In,intlen）;

staticvoidF_func（boolIn[32],constboolKi[48]）;

//注释此函数的作用

staticvoidS_func（boolOut[32],constboolIn[48]）;

staticvoidTransform（bool*Out,bool*In,constchar*Table,intlen）;

staticvoidXor（bool*InA,constbool*InB,intlen）;

staticvoidRotateL（bool*In,intlen,intloop）;

staticvoidByteToBit（bool*Out,constchar*In,intbits）;

staticvoidBitToByte（char*Out,constbool*In,intbits）;

//注释以下函数的作用

staticboolSubKey[16][48];

//注释以下代码的作用

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

};

conststaticcharLOOP_Table[16]=

1,1,2,2,2,2,2,2,

1,2,2,2,2,2,2,1

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

voidF_funcstaticconstcharE_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

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,

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

{12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11},

{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