64位DES加密系统设计与实现毕业论文.docx

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64位DES加密系统设计与实现毕业论文

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目次

一、引言-------------------------------------

二、DES加密算法-----------------------------

（一）、DES加密算法的基本概念---------------

（二）、DES加密算法基本思想-----------------

（三）、DES加密算法在特性-----------------

（四）、DES加密算法的优点-------------------

（五）、DES加密算法加密目的------------------

三、DES加密算法流程分析---------------------

（一）、DES加密算法加密过程-----------------

1、子密钥的产生-------------------------------------------------------

2、换位操作————初始置换-------------------------

3、乘积变换

<1>、扩展置换---------------------------------------

<2>、S-盒置换------------------------------------------

<3>、P-盒置换-----------------------------------------

<4>、乘积变换函数f------------------------------------

4、换位操作————末置换---------------------------

5、DES加密流程图--------------------------

（二）、DES加密算法解密过程-----------------------

1、DES加密算法的解密思路--------------------------

2、DES解密流程图--------------------------

四、DES加密算法的讨论-----------------------------

（一）、DES加密算法的工作方式---------------------

（二）、DES加密算法的安全性---------------------（三）、DES加密的实现版本优化--------------

五、DES加密算法C环境下的实现---------------------

六、结束语-----------------------------------------

一、引言

二十一世纪随着网络的普及和发展，在给人们提供大量方便的同时，信息注定成为一种重要的战略资源。

也必然对安全提出更高的要求.信息的安全保障能力成为一个国家综合国力的重要组成部分。

采用数据技术能保证网上传输信息的安全，以免数据在传输过程中被盗用、暴露或篡改.数据传输的数学模型主要包括数据的加密与解密，使用加密算法能做到数据加密，在各种信息安全技术措施中，硬件结构的安全和操作系统的安全是基础，密码技术是网络安全与的核心和关键。

DES算法是目前使用最多的加密算法,也是最有代表性的分组加密算法,目前广泛的应用于通信之中。

其问世20多年来,成为密码界研究的重点,经受住了许多科学家的研究和破译,是一种世界公认的较好的加密算法,在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等民用密码领域有着广泛的应用。

围包括:

计算机网络通信中的数据保护、电子资金传送系统中的信息加密、保护用户文件、用户识别等,为全球贸易、金融等非官方部门提供了可靠的通信安全保障。

早在1977年,人们估计建成一台每秒钟检测一百万个密钥的专用机用于DES的解密要耗资两千万美元,而且需要12小时的破解才能得到结果,所以当时DES被认为是一种十分强壮的加密方法。

当今的计算机速度越来越快,1997年,人们估计制造一台用于DES解密的专用机的费用降到十万美元左右,破解时间为6小时。

所以，当今社会单纯使用传统的64位密钥的DES算法进行加密已经不再安全。

本文通过DES加密技术的基本原理及具体实现步骤,并分析了该算法的安全性,并着重对DES算法的加密过程及优缺点进行了探讨。

通过对分组密码DES算法IP变换、IP逆变换、S-盒换位表的分析,对DES的安全质疑给出了回答。

二、DES加密算法

（一）、DES加密算法基本概念

数据加密标准（DataEncryptionStandard，简称DES）是美国国家标准局于1977年颁布的由IBM公司研制的一种非数据的正式数据加密标准。

在正式接触DES之前，首先让我们了解一下加密技术中的一些专业术语：

加密（Encipher）:

通过密码系统把明文变换为不可懂的形式的密文。

加密算法（EncryptionAlgorithm）:

实施一系列变换,使信息变成密文的一组数学规则。

解密（Decrypt）:

使用适当的密钥,将已加密的文本转换成明文。

密文（Ciphertext）:

经加密处理而产生的数据,其语义容是不可用的。

明文（Cleartext）:

可理解的数据,其语义容是可用的。

DES算法是对称的，即是一种对称密码体制，它所使用的加密密钥和解密密钥是相同的,既可用于加密又可用于解密。

DES是一种采用传统的替换和移位的方法加密的分组密码,即它将明文分成固定长度（64比特）的组（块）,用同一密钥（64比特实际长度为56比特因有8比特用于奇偶校验）和乘法对每一块加密,输出也是固定长度（64比特）的密文。

（二）、DES加密算法基本思想

由于这种典型的按分组方式工作的密码，其基本思想是将二进制序列的明文分成每64比特一组用64比特的密钥对其进行16轮代换和换位加密，最后形成密文。

（三）、DES算法的在特性

（1）密钥有效长度是56位（第8，16，?

，64位为校验位），分组明文长度为64位，而且明文、密文与密钥存在互补关系.

（2）仅用16次循环迭代，使得相同明文会产生相同密文.

（3）存在着很好的并行结构：

产生部密钥的左移次数存在着准对称性（即部密钥生成过程存在并行性）.DES属于传统的Feistel网络结构，在DES的基本单元中能够实施并行操作.

（4）DES有16轮加密，如果将第i轮的P置换移至下一轮后会与下一轮的E扩展操作进行合并，简化算法的基本操作.

（5）可以通过S盒与P置换合并的方法节省P置换的基本操作时间.

（四）、DES加密算法的优点:

DES加密算法的优点大致上有以下几点：

（1）DES提供高质量的数据保护,防止数据XX的泄露和未被察觉的修改;

（2）具有相当高的复杂性,使得破译的开销超过可能获得的利益,同时便于理解掌握;

（3）DES密码体制的安全性不依赖于算法的,其加密的安全性仅以加密密钥的为基础。

（五）、DES加密算法加密目的

DES加密算法要达到的目的（通常称为DES密码算法要求）主要为以下五点：

1.提供高质量的数据保护，防止数据XX的泄露和未被察觉的修改；

2.具有相当高的复杂性，使得破译的开销超过可能获得的利益，同时又要便于理解和掌握；

3.DES密码体制的安全性应该不依赖于算法的，其安全性仅以加密密钥的为基础；

4.实现经济，运行有效，并且适用于多种完全不同的应用。

5.DES的巧妙之处在于，除了密钥输入顺序之外其加密和解密的步骤完全相同。

三、DES加密算法流程分析

（一）、DES加密算法加密过程

数据加密标准过程主要包括三部分：

一个是密钥产生部分；一个是换位操作，即初始置换部分和末置换部分；另一个是乘积交换部分。

1、子密钥的产生

DES的乘积变换部分含16轮非线性变换，而每一轮非线性变换需要一个48比特的子密钥。

这16个子密钥都是有一个64比特的外部密钥（即DES的主密钥）经过移位和置换生成。

64比特主密钥是在实施加密之前由外部直接输入给DES的16个子密钥是由一个64比特的外部密钥经过移位和转换产生的。

64比特主外部密钥K被输入后首先经过奇偶校验，同时剔除K8、K16、K24、K32、K40、K48、K56、K64等奇偶校验位，得到56比特的密钥K’。

再将K’加到密码置换，

密码置换是将K‘各个位上的数码，按照特定的进行换位，置换后的56比特分别存放到两个28比特的寄存器C0和D0中。

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4

DES密钥置换表

密钥置换有规律可循:

将1~64间的数字依次从上到下从右向左填入表格

（1），将表格

（1）消去最后一行，再将其它部分分割成表格

（2）和表格（3）。

将表格（3）翻转180即可。

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表格

（1）

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表格

（2）

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7

表格（3）

读取的顺序是从最上面一行开始，由左至右逐行读取。

前四行共28比特。

分别置于寄存器C0第1位..第28位，后四行共28比特分别置于寄存器D0第1位...第28位。

其它16对寄存器，即（C1，D1）、（C2，D2）、（C3，D3）、（C4，D4）、（C5，D5）、（C6，D6）、（C7，D7）、（C8，D8））、（C9，D9）、（C10，D10）、（C11，D11）、（C12，D12）、（C13，D13）、（C14，D14）、（C15，D15）、（C16，D16）都有28比特。

（Ci+1，Di+1）的容均是根据如图每轮密钥的移位表，将寄存器对）（Ci，Di）容循环左移1至2位到，循环左移即从寄存器左边移出的比特，又补到寄存器的最右边一位上。

每轮子密钥的移位比特数

寄存器序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

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左移位数

1

1

2

2

2

2

2

2

1

2

2

2

2

2

2

1

外部密钥K的各比特在寄存器Ci的位置

Ci

寄存器Ci中的各比特的序号

Ci

1

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寄存器Ci中的各比特的序号

Ci

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外部密钥K的各比特在寄存器Di的位置

Di

寄存器Di中的各比特的序号

Di

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寄存器Di中的各比特的序号

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37

29

21

5

6

46

38

30

22

14

6

61

53

45

37

29

21

13

5

6

7

30

22

14

6

61

53

45

37

29

21

13

5

28

20

7

8

14

6

61

53

45

37

29

21

13

5

28

20

12

4

8

9

6

61

53

45

37

29

21

13

5

28

20

12

4

63

9

10

53

45

37

29

21

13

5

28

20

12

4

63

55

47

10

11

37

29

21

13

5

28

20

12

4

63

55

47

39

31

11

12

21

13

5

28

20

12

4

63

55

47

39

31

23

15

12

13

5

28

20

12

4

63

55

47

39

31

23

15

7

62

13

14

20

12

4

63

55

47

39

31

23

15

7

62

54

46

14

15

4

63

55

47

39

31

23

15

7

62

54

46

38

30

15

16

63

55

47

39

31

23

15

7

62

54

46

38

30

22

16

将存储到各寄存器对中的容都加到压缩置换表中，压缩置换是按照固定的格式从中选出48比特，其中压缩置换表的数字表示寄存器对（Ci，Di）的比特序号，即将（Ci，Di）中的第14，17，11，┅┅位分别置换成Ki的第1，2，3，┅┅位。

Ki表中的前四行的均小于28说明Ki的前24位从寄存器Ci的28位置换得来，其中剔除第9，18，22，25

四个比特。

表中的前四行的均小于28说明Ki的前24位从寄存器Di的28位置换得来其中剔除第35，38，43，54四个比特。

压缩置换表

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

4