DES加解密过程和实现Word格式.docx

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DES的明文长为64位，密钥长为56位。

明文的处理一般经过三个阶段：

首先，64位的明文经过初始置换IP而被重新排列。

然后经历16轮一样函数的作用，每轮作用都有置换和代替。

最后一轮迭代的输出有64位，它是输入明文和密钥的函数。

其左半局部和右半局部互换产生预输出。

最后预输出再被与初始置换IP互逆的置换产生64位的密文。

DES算法只不过是加密的两个根本技术混乱和扩散的组合，即先代替后置换，它基于密钥作用于明文，这是一轮（round），DES在明文分组上实施16轮一样的组合技术。

如如下图所示：

图1DES算法总体描述DES使得用一样的函数来加密或解密每个分组成为可能，二者唯一的不同就是密钥的次序相反。

1.2DES加解密算法原理加解密算法原理DES对64位明文分组进展操作。

通过一个初始置换，将明文分组分成左半局部和右半局部，各32位长。

然后进展16轮完全一样的运算，这些运算被称为函数f，在运算过程中数据与密钥结合。

经过16轮后，左、右半局部合在一起经过一个末置换初始置换的逆置换，算法就完成了。

在每一轮中，密钥位移位，然后再从密钥的56位中选出48位。

通过一个扩展置换将数据的右半局部扩展成48位，并通过一个异或操作与48位密钥结合，通过8个S盒将这48位替代成新的32位数据，再将其置换一次。

这四步运算构成了函数f。

然后，通过另一个异或运算，函数f的输出与左半局部结合，其结果即成为新的左半局部。

将该操作重复16次，便实现了DES的16轮运算。

一轮DES如如下图所示：

图2DES算法一轮迭代的过程假设Bi是第i次迭代的结果，Li和Ri是Bi的左半局部和右半局部，Ki是第i轮的48位密钥，且f是实现代替、置换与密钥异或等运算的函数，那么每一轮就是：

Li=Ri-1Ri=Li-1f（Ri-1,Ki）2程序代码程序代码#include#includeusingnamespacestd;

conststaticcharip=/初始置换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;

conststaticcharfp=/末置换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;

conststaticcharsbox864=/s_box/*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;

conststaticcharrar=/压缩置换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;

conststaticcharei=/扩展置换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;

conststaticcharPzh=/P置换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;

conststaticcharKeyrar=57,49,41,33,25,17,9,1,58,50,42,34,26,18,10,2,59,51,43,35,27,9,11,3,60,52,44,36,63,55,47,39,31,23,15,7,62,54,46,38,30,22,14,6,61,53,45,37,29,21,13,5,28,20,12,4;

boolkey1648=0,/*rekey1648,*/charkey_in8;

voidByteToBit（bool*Out,char*In,intbits）/字节到位的转换inti;

for（i=0;

i（i%8）&

1;

voidBitToByte（char*Out,bool*In,intbits）/位到字节转换for（inti=0;

ibits/8;

i+）Outi=0;

ibits;

i+）Outi/8|=Ini（i%8）;

/|=组合了位操作符和赋值操作符的功能voidXor（bool*InA,constbool*InB,intlen）/按位异或for（inti=0;

ilen;

i+）InAi=InBi;

voidkeyfc（char*In）/获取密钥函数inti,j=0,mov,k;

boolkey056,temp,keyin64;

ByteToBit（keyin,In,64）;

/字节到位的转换for（i=0;

i56;

i+）/密钥压缩为56位key0i=keyinKeyrari-1;

i16;

i+）/16轮密钥产生if（i=0|i=1|i=8|i=15）mov=1;

elsemov=2;

for（k=0;

kmov;

k+）/分左右两块循环左移for（intm=0;

m8;

m+）temp=key0m*7;

for（j=m*7;

jm*7+7;

j+）key0j=key0j+1;

key0m*7+6=temp;

temp=key00;

for（m=0;

m27;

m+）key0m=key0m+1;

key027=temp;

temp=key028;

for（m=28;

m55;

key055=temp;

for（j=0;

j48;

j+）/压缩置换并储存keyij=key0rarj-1;

voidDES（charOut8,charIn8,boolMS）/加密核心程序,ms=0时加密，反之解密boolMW64,tmp32,PMW64;

boolkzmw48,keytem48,ss32;

inthang,lie;

ByteToBit（PMW,In,64）;

for（intj=0;

j64;

j+）MWj=PMWipj-1;

/初始置换bool*Li=&

MW0,*Ri=&

MW32;

for（inti=0;

i48;

i+）/右明文扩展置换kzmwi=Rieii-1;

if（MS=0）/DES加密过程for（intlun=0;

lun16;

lun+）for（i=0;

i32;

i+）ssi=Rii;

/注意指针for（i=0;

i+）keytemi=keyluni;

/轮密钥Xor（kzmw,keytem,48）;

/*S盒置换*/for（i=0;

i8;

i+）hang=kzmwi*6*2+kzmwi*6+5;

lie=kzmwi*6+1*8+kzmwi*6+2*4+kzmwi*6+3*2+kzmwi*6+4;

tmpi*4+3=sboxi（hang+1）*16+lie%2;

tmpi*4+2=（sboxi（hang+1）*16+lie/2）%2;

tmpi*4+1=（sboxi（hang+1）*16+lie/4）%2;

tmpi*4=（sboxi（hang+1）*16+lie/8）%2;

i+）/P置换Rii=tmpPzhi-1;

Xor（Ri,Li,32）;

/异或for（i=0;

i+）/交换左右明文Lii=ssi;

i+）tmpi=Lii;

Lii=Rii;

Rii=tmpi;

i=0;

lun-）for（i=0;

i64;

i+）PMWi=MWfpi-1;

BitToByte（Out,PMW,64）;

/位到字节的转换voidmain（）charKi8,jm8,final8;

inti0;

cout请输入密钥8字节：

endl;

for（i0=0;

i0Kii0;

keyfc（Ki）;

cout请输入明文（8字节）：

i0jmi0;

DES（final,jm,0）;

cout加密后：

/加密for（i0=0;

i08;

i0+）coutfinali0;

coutendl;

cout解密后：

DES（jm,final,1）;

/解密for（i0=0;

i0+）coutjmi0;

2.1初始置换初始置换初始置换在第一轮运算之前进展，对输入分组实施如下表所示的变换。

初始置换把明文的第58位换到第1位的位置，把第50位换到第2位的位置，把第42位换到第3位的位置，依此类推。

58,50,42,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,462,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,857,49,41,33,25,17,9,1,59,51,43,35,27,19,11,361,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7初始置换和对应的末置换并不影响DES的安全性，它们的主要目的是为了更容易地将明文和密文数据以字节大小放入DES芯片中。

2.2密钥置换密钥置换图3密钥置换过程由于不考虑每个字节的第8位，DES的密钥由64位减至56位，每个字节第8位作为奇偶校验以确某某钥不发生错误。

如下表所示：

57,49,41,33,25,17,9,1,58,50,42,34,26,1810,2,59,51,43,35,27,19,11,3,60,52,44,3663,55,47,39,31,23,15,7,62,54,46,38,30,2214,6,61,53,45,37,29,21,13,5,28,20,12,4在DES的每一轮中，从56位密钥产生出不同的48位子密钥（subkey），这些子密钥是这样确定的：

首先，56位密钥被分成两局部，每局部28位。

然后，根据轮数，这两局部分别循环左移1位或2位。

每轮移动的位数如下表：

轮12345678910111213141516位数1122222212222221移动后，就从56位中选出48位。

这个运算既置换了每位的顺序，也选择了子密钥，被称为压缩置换（pressionpermutation）。

下表即定义了压缩置换：

14,17,11,24,1,5,3,28,15,6,21,1023,19,12,4,26,8,16,7,27,20,13,241,52,31,37,47,55,30,40,51,45,33,4844,49,39,56,34,53,46,42,50,36,29,32可以看出，第33位的那一位在输出时移到了第35位，而处于第18位的那一位被忽略了。

2.3扩展置换这个运算将数据的右半局部从32位扩展到48位。

这个操作两方面的目的：

它产生了与密钥同长度的数据以进展异或运算；

它提供了更长的结果，使得在替代运算中能进展压缩。

对每个4位输入分组，第1位和第4位分别表示输出分组中的两位，而第2位和第3位分别表示输出分组中的一位，下表给出了哪一输出位对应哪一输入位：

32,1,2,3,4,5,4,5,6,7,8,98,9,10,11,12,13,12,13,14,15,16,1716,17,18,19,20,21,20,21,22,23,24,2524,25,26,27,28,29,28,29,30,31,32,1处于输入分组中第3位的位置移到了输出分组中的第4位，而输入分组的第21位如此移到了输出分组的第30位和第32位。

尽管输出分组大于输入分组，但每一个输入分组产生唯一的输出分组。

2.4S盒代替图4扩展、s盒选择代替压缩后的密钥与扩展分组异或以后，将48位的结果送入，进展代替运算。

替代由8个S盒完成，每一个S盒都由6位输入，4位输出，且这8个S盒是不同的。

48位的输入被分为8个6位的分组，每一个分组对应一个S盒代替操作：

分组1由S盒1操作，分组2由S盒2操作，等等。

每一个S盒是一个4行、16列的表。

盒中的每一项都是一个4位的数。

S盒的6个位输入确定了其对应的输出在哪一行哪一列。

下表列出所有8个S盒：

S盒1:

14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,70,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,84,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,015,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13S盒2:

15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,103,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,50,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,1513,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9S盒3:

10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,813,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,113,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,71,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12S盒4:

7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,1513,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,910,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,43,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14S盒5:

2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,914,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9,8,64,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,1411,8,12,7,1,14,2,13,6,15,0,9,10,4,5,3S盒6:

12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,1110,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,89,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,64,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13S盒7:

4,11,2,14,15,0,8,13,3,12,9,7,5,10,6,113,0,11,7,4,9,1,10,14,3,5,12,2,15,8,61,4,11,13,12,3,7,14,10,15,6,8,0,5,9,26,11,13,8,1,4,10,7,9,5,0,15,14,2,3,12S盒8:

13,2,8,4,6,15,11,1,10,9,3,14,5,0,12,71,15,13,8,10,3,7,4,12,5,6,11,0,14,9,27,11,4,1,9,12,14,2,0,6,10,13,15,3,5,82,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11假定将S盒的6位的输入标记位b1、b2、b3、b4、b5、b6。

如此b1和b6组合构成了一个2位数，从0到3，它对应着表的一行。

从b2到b5构成了一个4位数，从0到15，对应着表中的一列。

例如，假设第6个S盒的输入为110011，第1位和第6位组合形成了11，对应着第6个S盒的第三行，中间4位组合形成了1001，它对应着同一个S盒的第9列，S盒6在第三行第9列的数是14，如此用值1110来代替110011。

这是DES算法的关键步骤，所有其他的运算都是线性的，易于分析，而S盒是非线性的，它比DES的其他任何一步提供了更好的安全性。

这个代替过程的结果是8个4位的分组，他们重新合在一起形成了一个32位的分组。

2.5P盒置换S盒代替运算的32位输出依照P盒进展置换。

该置换把每输入位映射到输出位，任一位不能被映射两次，也不能被略去，下表给出了每位移至的位置：

16,7,20,21,29,12,28,17,1,15,23,26,5,18,31,102,8,24,14,32,27,3,9,19,13,30,6,22,11,4,25第21位移到了第4位，同时第4位移到了第31位。

最后，将P盒置换的结果与最初的64位分组的左半局部异或，然后左、右半局部交换，接着开始另一轮。

2.6末置换末置换是初始置换的逆过程。

DES在最后一轮后，左半局部和右半局部并未交换，而是将两局部并在一起形成一个分组作为末置换的输入，该置换如下表如示：

40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,3138,6,46,14,54,22,62,30,37,5,45,13,53,21,61,29