DES加密解密算法的C++实现实验报告.docx
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DES加密解密算法的C++实现实验报告.docx
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DES加密解密算法的C++实现实验报告
1
实验一
1、实验题目
利用C/C++编程实现DES加密算法或MD5加密算法。
我选择的是用C++语言实现
DES的加密算法。
2、实验目的
通过编码实现DES算法或MD5算法,深入掌握算法的加密原理,理解其实际应用
价值,同时要求用C/C++语言实现该算法,让我们从底层开始熟悉该算法的实现过程
3、实验环境
操作系统:
WIN7旗舰版
开发工具:
VisualStudio2010旗舰版开发语言:
C++
4、实验原理
DES加密流程
2
如上图所示为DES的加密流程,其中主要包含初始置换,压缩换位1,压缩换位2,扩
展置换,S盒置换,异或运算、终结置换等过程。
初始置换是按照初始置换表将64位明文重新排列次序扩展置换是将原32为数据扩展为48位数据,它主要由三个目的:
1、产生与子密钥相同的长度2、提供更长的结果,使其在加密过程中可以被压缩
3、产生雪崩效应,使得输入的一位将影响两个替换
S盒置换是DES算法中最核心的内容,在DES中,只有S盒置换是非线性的,它比DES中其他任何一步都提供更好的安全性
终结置换与初始置换相对应,它们都不影响DES的安全性,主要目的是为了更容易将明文与密文数据一字节大小放入DES的f算法中
DES解密流程与加密流程基本相同,只不过在进行16轮迭代元算时,将子密钥生成的
K的次序倒过来进行迭代运算
5、实验过程记录
在对DES算法有了清晰的认识后,编码过程中我将其分为几个关键部分分别进行编码,最后将整个过程按顺序执行,即可完成DES的加密,代码的主要几个函数如下:
代码
//:
定义控制台应用程序的入口点。
//
#include""#include""#include
//置换矩阵
intIP_EX[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
};
intIP_ANTEX[64]={40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,31,38,6,46,14,54,22,62,30,37,5,45,13,53,21,61,29,36,4,44,12,52,20,60,28,35,3,43,11,51,19,59,27,34,2,41,10,50,18,58,26,33,1,41,9,49,17,57,25
};
//扩展矩阵
intEXTEND[48]={
32,1,2,3,4,5,4,5,6,7,8,9,8,9,10,11,12,13,12,13,14,15,16,17,16,17,18,19,20,21,20,21,22,23,24,25,24,25,26,27,28,29,28,29,30,31,1,2
};
//S盒intS[8][4][16]={{{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}
},{{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}
},{{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}
},{{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}},{{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}},
{{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}
},{{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}
},{{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}
}
};
intDIREX[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
};
//左移移位表
intMOVELEFT[16]={1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1
};
//压缩换位表2
intCutEX[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
};
typedefcharElemType;
ElemTypesubsec[16][48];
//Byte转bit
intByteToBit(ElemTypech,ElemTypebit[8]){
for(intindex=7;index>=0;index--){bit[index]=(ch>>index)&1;//cout<<(int)bit[index];}
return0;}
//bit转Byte
intBitToByte(ElemTypebit[8],ElemType&ch){ElemTypetempch=0;ElemTypetempbit[8];for(inti=0;i<8;i++){tempbit[i]=bit[i];
}
tempbit[7]=0;
for(intindex=7;index>=0;index--)
{
tempch=tempch|(tempbit[index]<<(index));}ch=tempch;
//cout<<(char)tempch< return0; } //按64位分一组 voidGet64Bit(ElemTypech[8],ElemTypebit[64]){ElemTypetemp[8];intcount=0;for(inti=0;i<8;i++){ByteToBit(ch[i],temp);for(intj=0;j<8;j++){bit[count*8+j]=temp[7-j]; } count++; } } //初始置换 voidInitialEX(ElemTypeInorder[64],ElemTypeDisorder[64]){for(inti=0;i<64;i++){Disorder[i]=Inorder[IP_EX[i]-1];} } //逆置换 voidAntiEx(ElemTypeDisorder[64]){ElemTypetemp[64];for(inti=0;i<64;i++){ temp[i]=Disorder[i]; } for(inti=0;i<64;i++){Disorder[i]=temp[IP_ANTEX[i]-1]; } } //扩展置换 voidExpandEX(ElemTypeRightMsg[32],ElemTypeExpandMsg[48]){ for(inti=0;i<48;i++){ExpandMsg[i]=RightMsg[EXTEND[i]-1]; } } //16轮加密迭代 voidMoveLeft(ElemTypeC[28],ElemTypeD[28],ElemTypeL0[32],ElemTypeR0[32]){ElemTypeSecret[48];//子密钥ElemTypeResult[48];//每轮异或结果ElemTypeSout[32]; //每轮S盒输出ElemTypeDirOut[32];//直接置换输出 ElemTypeRResult[32];ElemTypeLResult[32];ElemTypeExpandMsg[48];ElemTypetemp[32];for(inti=0;i<32;i++){LResult[i]=L0[i]; RResult[i]=R0[i]; } for(inti=0;i<16;i++){if(MOVELEFT[i]==1){for(intj=0;j<27;j++){C[i]=C[i+1]; } C[27]=0; }else{for(intj=0;j<26;j++){ C[i]=C[i+2];} C[26]=0;C[27]=0; } ExpandEX(RResult,ExpandMsg);GetCD48(C,D,Secret); for(intj=0;j<48;j++) { subsec[15-i][j]=Secret[j];//获取界面的子密钥 } XOR(ExpandMsg,Secret,Result);//S盒置换 getSOut(Result,Sout);//直接置换 DirExchange(Sout,DirOut);//与L进行异或 XORLR(DirOut,LResult,temp);for(inti=0;i<32;i++){LResult[i]=RResult[i]; } for(inti=0;i<32;i++){ RResult[i]=temp[i];} for(inti=0;i<32;i++){L0[i]=LResult[i];R0[i]=RResult[i]; } } /*cout<<"zuo"< } } cout<<"右边"< { cout< } }*/ LResult[j]=RResult[j]; } for(intj=0;j<32;j++){RResult[j]=temp[j]; } } for(inti=0;i<32;i++){L0[i]=LResult[i]; R0[i]=RResult[i]; } /*cout<<"左边"< } } cout<<"右边"< cout< } //生成48位子密钥 voidGetCD48(ElemTypeC[28],ElemTypeD[28],ElemTypeSecret[48]){ElemTypetemp[56];for(inti=0;i<28;i++){ temp[i]=C[i];} for(inti=28;i<56;i++) { temp[i]=C[i];} for(inti=0;i<48;i++){Secret[i]=temp[CutEX[i]]; } } //48位明文与子密钥进行异或 /*ExpandMsg[48]48位明文,Secret[48]48位密钥,Result[48]异或结果*/voidXOR(ElemTypeExpandMsg[48],ElemTypeSecret[48],ElemTypeResult[48]){for(inti=0;i<48;i++){Result[i]=ExpandMsg[i]^Secret[i]; } } //S盒四位输出 voidgetSOut(ElemTypeResult[48],ElemTypeSout[32]){introw;intcol; ElemTypetemp[6];for(inti=0;i<8;i++){for(intj=0;j<6;j++){temp[j]=Result[i*6+j];} row=temp[0]*2+temp[5]; col=temp[1]*8+temp[2]*4+temp[3]*2+temp[4]*1;intk=S[i][row][col]%2;Sout[i*4+3]=k;Sout[i*4+2]=k%2;Sout[i*4+1]=(k%2)%2;Sout[i*4]=((k%2)%2)%2; } } //直接置换 voidDirExchange(ElemTypeSout[32],ElemTypeDirOut[32]){ for(inti=0;i<32;i++){DirOut[i]=Sout[DIREX[i]-1]; } } //左右异或得到R[i] voidXORLR(ElemTypeDirOut[32],ElemTypeLeft[32],ElemTypeResult[32]){for(inti=0;i<32;i++){Result[i]=DirOut[i]^Left[i]; } } void_tmain(intargc,_TCHAR*argv[]){ElemTypebit[64];ElemTypech[8];ElemTypeDisorder[64];ElemTyperight[32];ElemTypeleft[32];ElemTypeexpand[48];ElemTypeSECRET[56]={1,1,0,1,0,0,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,0,0,1,0,1,1,0,0,0,1,1,1,0,1,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,0,1,0,0,1,1,1,0,1 }; //获取C0与D0ElemTypeC[28];ElemTypeD[28];for(inti=0;i<28;i++){C[i]=SECRET[i]; D[i]=SECRET[i+28]; } cout<<"请输入原文: "< stringstr; cin>>str; DivideString(str,1,ch);Get64Bit(ch,bit); cout<<"<<<<<<<<<原64位明文>>>>>>>>>"< } } cout< cout<<"<<<<<<<<<置换后的乱序64位明文>>>>>>>>>"< cout< cout< cout<<"<<<<<<<<<获取右半边明文>>>>>>>>>"< } } cout< cout<<"<<<<<<<<<获取左半边明文>>>>>>>>>"< } } cout< ExpandEX(right,expand); cout<<"<<<<<<<<<输出第一次扩展明文>>>>>>>>>"< } } cout< cout<<"<<<<<<<<<输出c>>>>>>>>>"< } } cout< cout<<"<<<<<<<<<输出d>>>>>>>>>"< } cout< MoveLeft(C,D,left,right);ElemTypeSecretOut[64];for(inti=0;i<32;i++){SecretOut[i]=right[i]; SecretOut[i+32]=left[i]; } AntiEx(SecretOut); cout<<"<<<<<<<<<密文二进制输出>>>>>>>>>"< { cout<<(int)SecretOut[i];if((i+1)%8==0){cout< } } cout< ElemTypechout[8]; cout<<"<<<<<<<<<密文输出>>>>>>>>>"< } cout< intsolve; cout< ElemTypemexpand[48]; InitialEX(SecretOut,mDisorder); cout<<"<<<<<<<<<获取右半边密文>>>>>>>>>"< } } cout< cout<<"<<<<<<<<<获取左半边密文>>>>>>>>>"< if((i+1)%8==0) { cout< cout< ExpandEX(mright,mexpand); cout<<"<<<<<<<<<输出第一次扩展明文>>>>>>>>>"< } } cout< mMoveLeft(C,D,mleft,mright);ElemTypemSecretOut[64];for(inti=0;i<32;i++){ mSecretOut[i]=mright[i];mSecretOut[i+32]=mleft[i];} AntiEx(mSecretOut); cout<<"<<<<<<<<<原文二进制输出>>>>>>>>>"< } } cout< ElemTypemchout[8]; cout<<"<<<<<<<<出>>>>>>>>>"< cout<<(char)mchout[i]; } cout< } } 7、实验结果 1、根据提示,输入任意8字节的原文,并将其转换为64为二进制明文: 2、将64为二进制明文进行初始置换: 3、将原64位明文分成左右两半,并对右半边进行扩展置换: 4依次获得子密钥。 按上述流程完成16轮迭代运算后进行终结置换,得到64位密文(整个过程设计数据过多,没有一一输出,只给出最终截图内容) 5.按1开始进行解密,流程与加密相同,中间过程省去,只给出最终结果: 8、实验总结 通过完成本实验,我详细了解了DES算法的实现过程和工作原理,相比较在课堂上学到的理论知识,我认为通过实践后掌握的更加深刻。 在课堂上我们学习DES算法,很多都是基于理论上的知识,但并没有真正的使用过DES,而通过编码实现DES,我们更好地理解了该怎么用DES去解决实际问题,这对我们以后的学习是很有帮助的,掌握了DES的算法实现后,我们在以后写到相关程序时可以快速的将其利用,使其真正的为我们服务。
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- DES 加密 解密 算法 C+ 实现 实验 报告