DES分组加密实验报告分析.docx
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DES分组加密实验报告分析
DES分组密码实验报告
一、DES算法的实现
1.DES简介
DES算法工作:
如Mode为加密,则用Key去把数据Data进行加密,生成Data的密码形式(64位)作为DES的输出结果;如Mode为解密,则用Key去把密码形式的数据Data解密,还原为Data的明码形式(64位)作为DES的输出结果。
在通信网络的两端,双方约定一致的Key,在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密,然后以密码形式在公共通信网(如电话网)中传输到通信网络的终点,数据到达目的地后,用同样的Key对密码数据进行解密,便再现了明码形式的核心数据。
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。
2.DES算法详述
(1)DES加密标准
DES是对二元数字分组加密的分组密码算法,分组长度为64比特。
每64位明文加密成64位密文,没有数据压缩和扩展,密钥长度为56比特,若输入64比特,则第8,16,24,32,40,48,56,64为奇偶校验位,所以,实际密钥只有56位。
DES算法完全公开,其保密性完全依赖密钥。
DES的加密过程可表示为:
DES(m)=IP-1T16·T15…T2·T1·IP(m).
右图面是完全16轮DES算法框图:
图1完全16轮DES算法
1初始置换IP
初始置换是将输入的64位明文分为8个数组,每一组包括8位,按1至64编号。
IP的置换规则如下表:
表1IP置换规则
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2IP-1是IP的逆置换
由于第1位经过初始置换后,已处于第40位。
逆置换就是再将第40位换回到第1位。
逆置换规则如下表所示:
表2IP-1置换
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初始置换IP及其逆置换IP-1并没有密码学意义,因为置换前后的一一对应关系是已知的。
它们的作用在于打乱原来输入明文的ASCⅡ码字划分的关系,并将原来明文的第m8,m16,m24,m32,m40,m48,m56,m64位(校验位)变成IP的输出的一个字节。
3.DES算法的迭代过程
图中Li-1和Ri-1分别是第i-1次迭代结果的左右两部分,各32比特。
即Li=Ri-1,Ri=Li-1 f(Ri-1,ki)。
其中轮密钥Ki为48比特,函数F(R,K)的计算过程如图所示。
轮输入的右半部分R为32比特,R首先被扩展成48比特,扩展过程由表3定义,其中将R的16个比特各重复一次。
扩展后的48比特再与子密钥Ki异或,然后再通过一个S盒,产生32比特的输出。
该输出再经过一个由表4定义的置换,产生的结果即为函数F(R,K)的输出。
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1
表3扩展E
ki是由64比特的初始密钥(亦称种子密钥)导出的第i轮子密钥,ki是48比特
DES算法的关键是f(Ri-1,ki)的功能,其中的重点又在S-盒(SubstitutionBoxes)上。
F函数的输出是32比特。
图3F函数计算过程图
将R经过一个扩展运算E变为48位,记为E(R)。
计算E(R)
K=B,对B施行代换S,此代换由8个代换盒组成,即S-盒。
每个S-盒有6个输入,4个输出,将B依次分为8组,每组6位,记B=B1B2B3B4B5B6B7B8其中Bj作为第j个S-盒的输入,其输出为Cj,C=C1C2C3C4C5C6C7C8就是代换S的输出,所以代换S是一个48位输入,32位输出的选择压缩运算,将结果C再实行一个置换P(表4),即得F(R,K)。
其中,扩展运算E与置换P主要作用是增加算法的扩散效果。
S-盒是DES算法中唯一的非线性部件,当然也就是整个算法的安全性所在。
它的设计原则与过程一直因为种种不为人知的因素所限,而未被公布出来。
S-盒如下表:
表4S-盒函数
S1
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S-盒的置换规则为:
取{0,1,…,15}上的4个置换,即它的4个排列排成4行,得一4*16矩阵。
若给定该S盒的6个输入为b0b1b2b3b4b5,在Si表中找出b0b5行,b1b2b3b4列的元素,以4位二进制表示该元素,此为S-盒Si的输出。
例1 S2的输入为101011,
b1=1,b6=1,b1b6=(11)2=3
(b2b3b4b5)2=(0101)2=5
查S2表可知第3行第5列的输出是15,15的二进制表示为1111。
则S2的输出为1111。
8个S-盒的代换方式都是一样的。
S盒输出的32比特经P置换,P置换的功能是将32位的输入,按以下顺序置换,然后输入仍为32比特。
P置换的顺序如表5:
表5置换P
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4子密钥的生成
图4DES子密钥生成流程图
图4给出了子密钥产生的流程图。
首先对初始密钥经过置换PC-1(表2.6[7]),将初始密钥的8个奇偶校验位剔除掉,而留下真正的56比特初始密钥。
表3.6密钥置换PC-1
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然后将此56位分为C0,D0两部分,各28比特,C0,D0如下:
C0=k57k49……k44k36
D0=k63k55……k12k4
然后分别进行一个循环左移函数LS1,得到C1,D1,将C1(28位),D1(28位)连成56比特数据,再经过密钥置换PC-2(表7)做重排动作,从而便得到了密钥K1(48位)。
依次类推,便可得到K2,K3……K16。
表7密钥置换PC-2
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其中LS1(1≤i≤16)表示一个或两个位置的循环左移,当i=1,2,9,16时,移一个位置,当i=3,4,5,6,7,8,10,11,12,13,14,15时,移两个位置。
(2)DES算法的解密过程
DES算法的解密过程跟加密过程是一样的,区别仅仅在于第一次迭代时用密钥k16,第二次k15、……,最后一次用k1,算法本身没有任何变化。
二、源代码
#include"memory.h"
#include"stdio.h"
enum {encrypt,decrypt};//ENCRYPT:
加密,DECRYPT:
解密
voiddes_run(charout[8],charin[8],booltype=encrypt);
//设置密钥
voiddes_setkey(constcharkey[8]);
staticvoidf_func(boolin[32],constboolki[48]);//f函数
staticvoids_func(boolout[32],constboolin[48]);//s盒代替
//变换
staticvoidtransform(bool*out,bool*in,constchar*table,intlen);
staticvoidxor(bool*ina,constbool*inb,intlen);//异或
staticvoidrotatel(bool*in,intlen,intloop);//循环左移
//字节组转换成位组
staticvoidbytetobit(bool*out,constchar*in,intbits);
//位组转换成字节组
staticvoidbittobyte(char*out,constbool*in,intbits);
//置换IP表
conststaticcharip_table[64]={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};
//逆置换IP-1表
conststaticcharipr_table[64]={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};
//E位选择表
staticconstchare_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};
//P换位表
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};
//pc1选位表
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
};
//pc2选位表
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
};
//左移位数表
conststaticcharloop_table[16]={1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};
//S盒
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,
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