DES加密算法实验报告.docx

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DES加密算法实验报告

DES加密算法实验报告

苏州科技学院

实验报告

学生姓名：

杨刘涛学号：

1220126117指导教师：

陶滔

刘学书1220126114

实验地点：

计算机学院大楼东309实验时间：

2015-04-20

一、实验室名称：

软件实验室

二、实验项目名称：

DES加解密算法实现

三、实验学时：

4学时

四、实验原理：

DES算法由加密、子密钥和解密的生成三部分组成。

现将DES算法介绍如下。

1．加密

DES算法处理的数据对象是一组64比特的明文串。

设该明文串为m=m1m2…m64（mi=0或1）。

明文串经过64比特的密钥K来加密，最后生成长度为64比特的密文E。

其加密过程图示如下：

图2-1：

DES算法加密过程

对DES算法加密过程图示的说明如下：

待加密的64比特明文串m，经过IP置换（初始置换）后，得到的比特串的下标列表如下：

表2-1：

得到的比特串的下标列表

IP

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

图2-2：

将32比特的输入再转化为32比特的输出

f变换说明：

输入Ri-1（32比特）经过变换E（扩展置换E）后，膨胀为48比特。

膨胀后的比特串的下标列表如下：

表2-3：

膨胀后的比特串的下标列表

E:

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

膨胀后的比特串分为8组，每组6比特。

各组经过各自的S盒后，又变为4比特（具体过程见后），合并后又成为32比特。

该32比特经过P变换（压缩置换P）后，其下标列表如下：

表2-4：

压缩置换P后的下标列表

P:

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

经过P变换后输出的比特串才是32比特的f（Ri-1,Ki）.

S盒的变换过程:

任取一S盒。

见图2-3：

图2-3

在其输入b1,b2,b3,b4,b5,b6中，计算出x=b1*2+b6,y=b5+b4*2+b3*4+b2*8，再从Si表中查出x行，y列的值Sxy。

将Sxy化为二进制，即得Si盒的输出。

（S表如图2-4所示）

图2-4

以上是DES算法加密原理

五、实验目的：

了解DES加密算法及原理，掌握其基本应用。

六、实验内容：

了解DES加密算法及原理，掌握其基本应用，利用java编程实现。

七、实验器材（设备、元器件）：

（1）PC

（2）Windows8.1系统平台

（3）java程序开发环境。

八、源代码：

packageWindowsDemo;

publicclassDesUtil{

byte[]bytekey;

publicDesUtil（StringstrKey）{

this.bytekey=strKey.getBytes（）;

}//声明常量字节数组

privatestaticfinalint[]IP={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};//64

privatestaticfinalint[]IP_1={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};//64

privatestaticfinalint[]PC_1={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};//56

privatestaticfinalint[]PC_2={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};//48

privatestaticfinalint[]E={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};//48

privatestaticfinalint[]P={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};//32

privatestaticfinalint[][][]S_Box={//S-盒

{//S_Box[1]

{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}},

{//S_Box[2]

{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}},

{//S_Box[3]

{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}},

{//S_Box[4]

{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}},

{//S_Box[5]

{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}},

{//S_Box[6]

{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}},

{//S_Box[7]

{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}},

{//S_Box[8]

{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}}

};

privatestaticfinalint[]LeftMove={1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};

//左移位置列表

privatebyte[]UnitDes（byte[]des_key,byte[]des_data,intflag）{

//检测输入参数格式是否正确，错误直接返回空值（null）

if（（des_key.length!

=8）||（des_data.length!

=8）||（（flag!

=1）&&（flag!

=0）））{

thrownewRuntimeException（"DataFormatError!

"）;

}

intflags=flag;//二进制加密密钥

int[]keydata=newint[64];//二进制加密数据

int[]encryptdata=newint[64];//加密操作完成后的字节数组

byte[]EncryptCode=newbyte[8];//密钥初试化成二维数组

int[][]KeyArray=newint[16][48];//将密钥字节数组转换成二进制字节数组

keydata=ReadDataToBirnaryIntArray（des_key）;//将加密数据字节数组转换成二进制字节数组

encryptdata=ReadDataToBirnaryIntArray（des_data）;//初试化密钥为二维密钥数组

KeyInitialize（keydata,KeyArray）;//执行加密解密操作

EncryptCode=Encrypt（encryptdata,flags,KeyArray）;

returnEncryptCode;

}//初试化密钥数组

privatevoidKeyInitialize（int[]key,int[][]keyarray）{

inti;

intj;

int[]K0=newint[56];//特别注意：

xxx[IP[i]-1]等类似变换

for（i=0;i<56;i++）{

K0[i]=key[PC_1[i]-1];//密钥进行PC-1变换

}

for（i=0;i<16;i++）{

LeftBitMove（K0,LeftMove[i]）;//特别注意：

xxx[IP[i]-1]等类似变换

for（j=0;j<48;j++）{

keyarray[i][j]=K0[PC_2[j]-1];//生成子密钥keyarray[i][j]

}

}

}//执行加密解密操作

privatebyte[]Encrypt（int[]timeData,intflag,int[][]keyarray）{

inti;

byte[]encrypt=newbyte[8];

intflags=flag;

int[]M=newint[64];

int[]MIP_1=newint[64];

//特别注意：

xxx[IP[i]-1]等类似变换

for（i=0;i<64;i++）{

M[i]=timeData[IP[i]-1];//明文IP变换

}

if（flags==1）{//加密

for（i=0;i<16;i++）{

LoopF（M,i,flags,keyarray）;

}

}elseif（flags==0）{//解密

for（i=15;i>-1;i--）{

LoopF（M,i,flags,keyarray）;

}

}

for（i=0;i<64;i++）{

MIP_1[i]=M[IP_1[i]-1];//进行IP-1运算

}

GetEncryptResultOfByteArray（MIP_1,encrypt）;//返回加密数据

returnencrypt;

}

privateint[]ReadDataToBirnaryIntArray（byte[]intdata）{

inti;

intj;

//将数据转换为二进制数，存储到数组

int[]IntDa=newint[8];

for（i=0;i<8;i++）{

IntDa[i]=intdata[i];

if（IntDa[i]<0）{

IntDa[i]+=256;

IntDa[i]%=256;

}

}

int[]IntVa=newint[64];

for（i=0;i<8;i++）{

for（j=0;j<8;j++）{

IntVa[（（i*8）+7）-j]=IntDa[i]%2;

IntDa[i]=IntDa[i]/2;

}

}

returnIntVa;

}

privatevoidLeftBitMove（int[]k,intoffset）{

inti;

//循环移位操作函数

int[]c0=newint[28];

int[]d0=newint[28];

int[]c1=newint[28];

int[]d1=newint[28];

for（i=0;i<28;i++）{

c0[i]=k[i];

d0[i]=k[i+28];

}

if（offset==1）{

for（i=0;i<27;i++）{//循环左移一位

c1[i]=c0[i+1];

d1[i]=d0[i+1];

}

c1[27]=c0[0];

d1[27]=d0[0];

}elseif（offset==2）{

for（i=0;i<26;i++）{//循环左移两位

c1[i]=c0[i+2];

d1[i]=d0[i+2];

}

c1[26]=c0[0];

d1[26]=d0[0];

c1[27]=c0[1];

d1[27]=d0[1];

}

for（i=0;i<28;i++）{

k[i]=c1[i];

k[i+28]=d1[i];

}

}

privatevoidLoopF（int[]M,inttimes,intflag,int[][]keyarray）{

inti;

intj;

int[]L0=newint[32];

int[]R0=newint[32];

int[]L1=newint[32];

int[]R1=newint[32];

int[]RE=newint[48];

int[][]S=newint[8][6];

int[]sBoxData=newint[8];

int[]sValue=newint[32];

int[]RP=newint[32];

for（i=0;i<32;i++）{

L0[i]=M[i];//明文左侧的初始化

R0[i]=M[i+32];//明文右侧的初始化

}

for（i=0;i<48;i++）{

RE[i]=R0[E[i]-1];//经过E变换扩充，由32位变为48位

RE[i]=RE[i]+keyarray[times][i];//与KeyArray[times][i]按位作不进位加法运算

if（RE[i]==2）{

RE[i]=0;

}

}

for（i=0;i<8;i++）{//48位分成8组

for（j=0;j<6;j++）{

S[i][j]=RE[（i*6）+j];

}

//下面经过S盒，得到8个数

sBoxData[i]=S_Box[i][（S[i][0]<<1）+S[i][5]][（S[i][1]<<3）

+（S[i][2]<<2）+（S[i][3]<<1）+S[i][4]];

//8个数变换输出二进制

for（j=0;j<4;j++）{

sValue[（（i*4）+3）-j]=sBoxData[i]%2;

sBoxData[i]=sBoxData[i]/2;

}

}

for（i=0;i<32;i++）{

RP[i]=sValue[P[i]-1];//经过P变换

L1[i]=R0[i];//右边移到左边

R1[i]=L0[i]+RP[i];

if（R1[i]==2）{

R1[i]=0;

}

//重新合成M，返回数组M

//最后一次变换时，左右不进行互换。

此处采用两次变换实现不变

if（（（flag==0）&&（times==0））||（（flag==1）&&（times==15）））{

M[i]=R1[i];

M[i+32]=L1[i];

}

else{

M[i]=L1[i];

M[i+32]=R1[i];

}

}

}

privatevoidGetEncryptResultOfByteArray（int[]data,byte[]value）{

inti;

intj;//将存储64位二进制数据的数组中的数据转换为八个整数（byte）

for（i=0;i<8;i++）{

for（j=0;j<8;j++）{

value[i]+=（data[（i<<3）+j]<<（7-j））;

}

}

for（i=0;i<8;i++）{

value[i]%=256;

if（value[i]>128）{

value[i]-=25