DES加解密过程和实现

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1、*本科生作业*兰州理工大学计算机与通信学院201年春季学期 信息安全 课程专 业： 物联网工程 姓 名： 学 号: 授课教师： 郭显 成 绩： DE加解密过程及其实现1 ES加解密原理DES算法为密码体制中的对称密码体制，又被称为美国数据加密标准，是1972年美国M公司研制的对称密码体制加密算法。明文按6位进行分组,密钥长64位，密钥事实上是6位参与DS运算（第8、6、24、3、40、48、56、64位是校验位,使得每个密钥都有奇数个1)分组后的明文组和56位的密钥按位替代或交换的方法形成密文组的加密方法.其入口参数有三个:key、dta、mod.ey为加密解密使用的密钥,dat为加密解密的数

2、据,mode为其工作模式.当模式为加密模式时，明文按照6位进行分组，形成明文组，ky用于对数据加密,当模式为解密模式时，key用于对数据解密。实际运用中，密钥只用到了4位中的56位，这样才具有高的安全性。1.1 DE算法总体描述及流程图DE是一个分组加密算法，它以4位为分组对数据加密。4位一组的明文从算法的一端输入,6位的密文从另一段输出。它是一个对称算法:加密和解密用的是同一个算法。密钥通常表示为64位的数,但每个第8位都用作奇偶校验，可以忽略,所以密钥长度为56位。密钥可以是任意的6位的数，且可在任意的时候改变。对于任意的加密方案，总有两个输入：明文和密钥。E的明文长为6位，密钥长为56位

3、.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轮相同函数的作用，每轮作用都有置换和代替。最后一轮迭代的输出有位，它是输入明文和密钥的函数。其左半部分和右半部分互换产生预输出。最后预输出再被与初始置换(）互逆的置换产生6位的密文。ES算法只不过是加密的两个基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),DS在明文分组上实施1轮相同的组合技术。如下图所示：图1 ES算法总体描述DE使得用相同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. E加解密算法原理 DS对4位明文分组进行操作。

4、通过一个初始置换，将明文分组分成左半部分和右半部分,各32位长。然后进行1轮完全相同的运算,这些运算被称为函数 f，在运算过程中数据与密钥结合。经过轮后，左、右半部分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6位中选出48位。通过一个扩展置换将数据的右半部分扩展成4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的输出与左半部分结合，其结果即成为新的左半部分。将该操作重复16次,便实现了DE的16轮运算。一轮DES如下图所示：图 DE

5、S算法一轮迭代的过程假设是第i次迭代的结果，i和Ri是i的左半部分和右半部分,K是第i轮的48位密钥，且f是实现代替、置换及密钥异或等运算的函数，那么每一轮就是：i=Ri-1=f（i1，i）2 程序代码incue iostram inclue fream usin namespac sd;const staic c ip = /初始置换 8， 50, 4， 34， 2, 18， 10， 2, 60，2， 4， 36， 28， 0，12, 4, 2, ， 46,38, 3, 2， 1， 6, 6, 56, 48，40,32, 2, 16， 8， 57, 49，41， 33, 25， 1， 9,

6、1， 59，1, 43， 35，,19， 11， 3, 61，53, 45,37, 9， 2， 13, 5， 3， 55, 47， 3, 1， 3， 15， 7 ； cos taic char fp = /末置换 40， 8，4,1,6,2, 64， 3， 39, 7,47， , 5,3, 6,31， 38, 6， 46,14， 5， 2，62， 0， 37，5， 5， 1,53,2， 6， 29， 3, 4, 4， 12， 52, 20, 60， ， 35，, 43, 1, 51, 1， , 2， 34, 2,42，10, 50， 18， 58, 2， 3， 41, ，4, 17, 57，

7、2 ；costsatiharsbo64 = /bx 1*/ , 4, 13, 1,， 5,1, 8， 3, 10， 6, 2, , 9，0， 7,0， 15, 7, 4， 14， 2, 13, 1, 10， 6， 1， 11, 9，5， 3，8, 4， ， ， 8,13， 6, 2， 11, 1, 1， 9，7， , 1，5， 0， 5, 12， 8， 2，4， 9, ， 7, 5， 1, 3, 14,10，6， 13, 2 * ，1， ，14， ， 1， 3, , ， 7， ， 13， 1,0, 5,1，3, 1, , 7, 1, 2,8， 14， 12， 0， 1, 10， 6, 9， ,

8、5， 0，14,7， 11,10，4，13，1, 5， 8, 12,6， 9， ,2, 15, 1, 8， 0， , 3， 15， 4, 2， 1, 6， 7， 2, 0, 5, 14, 9， /* 3/ 10， 0，9， 4，6,3， 15，5,1， 1， 12， 7,1，4， 2， 8, 1,7, ， 9， 3， ， 6, 1，,8, 5, 14，, ，15, , 13， 6, ，9, 8， 15,3， , 11， ， ， ，5， 1， 4， 7， 1, 10，13， 0，6，9， 8， 7， 4, 5， 14, ,11， 2, 12， /S4 */ 7， 13,14, ， ,6, 9,1

9、0， 1, , 8,5，1,12, 4， 15, 1， 8， 1，5, 6， 15，0,3, 4，7， 2， 12,， 0, 14， 9， 10, 6, 9，0， 12， 11， 7，13, 15， 1, 3， 4, 5,2， 8, , 3，5， , 1, 1, 13, 8， 9，4， 5， 11, 12, 7， , 4， /* 5*/ 2, 2， ，1, 7，0, 11， 6, ， 5， 3， 15， 13, 0， 4， 9, 1, 1，2， 12, ， 7, 13， 1, 5, 0, 5，10， 3， 9， 8， 6， ， ， 1， 11, 10, 13， 7， ，15, ， 1， 5，

10、, ， 0，1， 1， 8, 1, 7， 1， 14， 2, 3， 6， 5， 0, ，10， 4， 5， 3， /* S6 / 1， ， 10， 15, 9， ， 6, 8, 0，13, 3， 4,1， ， ,11, ， ，4, 2， 7， 2， 9,5,6， , 13, 14,0， 1， 3, 8， 9， 14, 1， 5, 2， 8，12, 3， 7, 0， ，10, 1， 1， 11，6， 4，3， 2, 2, 9， ， 1， 10，1， 14， ， ， 6， 0， ， 13, / 7 4， 11, 2， 14， 5， ， , 3, 3,1, 9， ， 5， 0， 6, , 13， 0

11、， 1, 7， ， 9, 1，10，14, 3，5，12, 2, 15， , 6， 1, 4，1,13, 12， 3，7,4, 10, 1, 6， , 0， 5， 9， 2, 6,11， 13，8, 1, , 1， 7， 9， 5, ， ，4, , 3, 2， /* 8 / 13， , 8， ， 6, 15, 1, 1， 10, 9, 3,1, 5, 0, 12, 7， ， 1， 13,， 10, ， ， ， ， , 6, 11， ， , 9, 2, 7,11， 4, 1, 9, 12，14， ， 0,，, 13, 1, ， 5， ， 2， ， 4， 7， ， 10, 8, 13, , 12，

12、 9， ， 3, 5, 6， 1； cnst static chrrar = /压缩置换 14, 17， 11， 24， , 5， 3，2，15, 6， 2，10， , 9， 2,4， 2， ， 16, ， 7, 20, ，2, 41，52, 1, 7, 7， 55, 30， 40, 51， 45， ， 48， 4， 49， 39， 56, 34， 53， 6, 42， 50, ，2， 3;cons sati char e /扩展置换 32， 1, 2, 3， 4,5， 4， 5, 6, 7， 8, 9， 8， 9， 10,11，1, , 1，13, 14， 15, 16,17, 6， 1，

13、18， 1， 0， 2， 20， 1, 2，23, 24, 25， ， 2, 26， 2, 28， 29， ， 29, 3， 31， 32， ； cnststic ca zh /置换 6， 7， 0， 21， 9， 1,28， 1， 1， 15, 23， 26, 5， 18，1, 10， 2, 8， 1, 3， 3， 9， 19， 3, 30, 6， 2, 11， 4， 5 ;nst statcchar rar= 5，9， 41, 33, 25，7, 9， ， 58， 50， 42, 34， 26, 18， , 2，9， 51， 43, 35, 27， ,11，3, 60， 52， 44， 6

14、， 63, 55, 7, 9，1， 3， ，7, 62， 5，6, 38， 0， 22, 14，6， ， 45， 7， 29， 21， 13， 5， 28， 2， 2， 4;bolkey168=，/*rkey1648,/ char key_8; vd ByteTBi（ool Out，char*In，i it）/字节到位的转换 it i； or（i=；ibs；i+) uti=（Ini/8(i%）)1; vidiTyte（chr *，b *I，int bit) /位到字节转换 for（it i=；ibits/8；i+） ui0; (i=0；bts；+) O/8=In（i8); 组合了位操作符和赋值

15、操作符的功能 voi Xo（bool *nA,nst bl *InB，iten） /按位异或 o（int i=0；ilen；i+) InAin; vod keyfc（charIn） 获取密钥函数 ini,j=0,mo，k； bool ke06,temp,eyi6；BteToBit(keyin,n,64）； /字节到位的转换 r（i=0;i5;i+） /密钥压缩为56位 yi=keinKr; fo（=；1;+) /1轮密钥产生 if(i=0=|i=|i=15） mo=1； ese mov=2; for(k=；kmov;k+) /分左右两块循环左移 or（it m；m8；m+) tem=keym*

16、; for(j=m*7；j*7+7；+） eyk0j+1; e0m*76=tep; temp=ky0； for（m=0;m27；m+) key0=key0m； ey07=temp; tmp=key02; for（m=28；m5;m+） keym=keym+1； key05=emp； or（j0；j8；j+) /压缩置换并储存 kij=ke0arj-； vo DES（char Out，char In，bol MS）/加密核心程序，ms0时加密,反之解密 bol MW64,tmp2,PMW4； bool kzw8，keytm4，s2; int ,lie; ByeToit（PMW，I,4）； fr（

17、int j0;j64;j+） MWjPWij-1; /初始置换 bol*i=W0,i=&MW3； for(int =0；i4；i+） /右明文扩展置换 kzm=Rii1； if(S=0) /DES加密过程 or（n ln=;lu16；u+) fr(=；i32；i+） ssi=i; for(i0;i48;i+) /右明文扩展置换 mwiReii-1; 注意指针 for（=0；i8；i+) eytemi=keluni； /轮密钥 Xor（kzw,keytem，48)；/*S盒置换* for(i=0；i8；i+） hang=zmwi62wi*6+5； i kzmwi*61+kzmwi+2*+kzmi

18、*632+kzmwi*6+4； tmpi+3=sboxi（han)16+lie2； i*+2（sbi(hang+1)16+lie2）2; tp+1=（sboxi（han+)*+li4）%2; tmpi*(si(hg1）16+li/）%; for（int =0；i；i+) /P置换 Ri=tmpPzhi1； Xor（Ri,L,32); /异或 for(i=0;i3；i+) /交换左右明文 ii=s； fr（=0；i32；i+） tmpi=Lii； Lii=Ri; Ri=tmpi; for（i；i64；+） MWi=MWf-1; toByte（ut，PM，64)； /位到字节的转换 se /D解密

19、过程 fr(inln=5;lun0；lun) for（=0;i32；+) ssi=Ri； for（ini=；i；i+） /右明文扩展置换 zmwi=Rie1; /注意指针 for（i=;i48；+） keytemi=kui； /轮密钥 Xo（zw，keyte，8)； S盒置换/ for(i0；i8；i+) hang=zmi*2+kmw6+; lie=kmwi*68+kzwi*6+*4+kzmwi6+3*2+kzmwi*6+4; tpi4+=bo（hng+1)16+lie2; tmpi4+2=（sbxi（hang+1)16lie2）2； pi4+=(sboxi(hng+1)*16le)%2; t

20、p=（box(an+)*16+lie/)； for（i0；32；i+） /P置换 Rii=tmpPzhi； Xor（R,Li，2）; /异或 or(=；3;+) /交换左右明文 Li=ss； or（i=0；i32；i+） mpLii; LiRii； Ritmi； fr（i=0；i64;+） MWiMfp-1； BitToBye（Out,PW,4); /位到字节的转换 voidma（） har Ki,jm,final； nt i0; coutKii0； key（Ki)； cout请输入明文（8字节):endl; or(i00;08;0+) cinjmi0； DES(final,jm,0); co

21、t加密后：”endl；/加密 for(i0=0;i0；i0+） coufinl; coted; cou解密后：endl； DE（jm,inal，1)； /解密 f（=0；08;0+）coujm; utnd； 2.1 初始置换初始置换在第一轮运算之前进行,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5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, 3， 6， 8， 10， 2, 60， 52， 44， 6，28, 0， 12，462, 54， 4，38， 30，22, 1, 6，64,56, 48， 40， 32， 4，6，857

22、， 4，41, 33, 25, 17， 9,， 59， 51，4, 3, 7, 19， 11， 361， 5,45， 37，29， 1, 13, 5,63， 55， 47， 39， 31，2, 1,7初始置换和对应的末置换并不影响DE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,DE的密钥由64位减至5位,每个字节第8位作为奇偶校验以确保密钥不发生错误.如下表所示：57，9， 1， , 25, 17, 9，1， 5, 0，42，, 26，10,2， 9, , 3, , ， 19， 1， 3,6, 2, 4

23、, 63， 5, 4，3, 3, 23， 7, 62， 54，46,8, 0, 21, 6， 6,5, 45， 7， 29， 21, 13， , 28，20， 1， 在ES的每一轮中,从5位密钥产生出不同的4位子密钥(suky)，这些子密钥是这样确定的：首先，6位密钥被分成两部分，每部分8位。然后，根据轮数,这两部分分别循环左移1位或2位。每轮移动的位数如下表：轮 1 3 6 7 10 111 14 15 16位数1 1 22 2 1 2 2 2 22 2 1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（omrsio emutation）。下表即定

24、义了压缩置换:14, 17， 11, 24, 1， 5， 3, 8,5， ， 1， 12, 19，2， 4，26, , 16， , 27， 20， 1， 241, 52， ， 37， 47，55, ， ，, 45,3， 444， 4, 39，56， 34， 3, 46，42， 0，6， 29,可以看出,第33位的那一位在输出时移到了第5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部分从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行异或运算；它提供了更长的结果，使得在替代运算中能进行压缩。对每个位输入分组,第位和第4位分别表示输出分组中的两位

25、,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, , 7， 8,9, 9， 0， 1， 1， 1，1， 3， 14， 5， 16, 116,1，18， 1， 20， 21, 20， 21， 22, 23， 4,52， 2， 26， 2，8, 29， 8, 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位则移到了输出分组的第位和第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。24 S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

26、48位的结果送入，进行代替运算。替代由8个S盒完成，每一个盒都由位输入，4位输出，且这个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由盒操作，分组2由S盒2操作，等等。如下图所示：每一个盒是一个4行、1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。下表列出所有个S盒:S盒：14， 4, 3，1,2, 1,1, 8， 3， 10, , 1, 5, ，0, 70, 1， 7, 4，1, 2， 13, 1, ， 6, 1, 11， 9， 5, 3,84, 1，, 8，13， 6, 2, 11, 5， 12，9,7，

27、 ，10,5， 015, 1, 8, 2, 4， 9，1， 7，5， 11, ,14，10, 0， 6, 1S盒2:5, 1,8， 4, 6,11, 3， 4, 9， ， 2，13，12, 0, ，13， 13, ， 7, 15， 2, 8,1， 12, 0， 1, 10, 6, 9，1， 50, 1， 7,11, 10， 4， 13， ，5， 8， 2, 6, 9, 3, 2,513， , 10，1，3， 5, 4， 2, 11，6，12， 0， 5,14，S盒：1， 0，9， 14， 6， 3， 15, 5， ,13, 1， 7， 11, 4,813, 7， 0, 9， 3, 4， 6，

28、0, 2， ， 5， 14， 2， 11,15， 11,6，4,9, 8， 15, 3, 0, 11, 1, 2， 12， 5, 10, 14, 1, 10,3, 0, ， 9，7， 4, 1, 14, ， ，5,2，2S盒4:7, 13， 1， ， ， 6， 9, 1， 2,8, ，1, 2， 4， 1513， ， 1， ， 6， 1， 0，3, 4，7, 2, 2， 1, 0，14, 910, 6,，0, ，1， 7， 13, 15, 1, 3, , ， , 8，3, 15， 0,6， 1，1， 1， 8， 9, ，5, 11, 2， ， 2, 14S盒5:2,12， , 1, 7， ,

29、1， ,8，5， 3， 5， 13，0，1，914,11， 2， 12， ， 1，1,5， 0,15,1, ， 9， ， 64,， ， 1，10,， 7， 8， 15， ，1,，6，, 0, 141， 8,12, 7， 1,14,2， 13，6， 5, ， 9, 0， ，5,3盒6：12，1, 1,15， 2， 6， 8， , 1， 3， 4， 1， 7， 5， 10， 15,4, 2， 7， 12， 9, ， 6, 1,1，14，0, 11,， 89，14， 1, 5, 2, 8, 1， , 7， 0，4， 10， 1， 1, 11， , 3, 2，12, 9, 5, 1，10， 11， 1

30、， 1， , 6， 0， 8， 1S盒7：4, 1, 2， 1, 5， ， 8， 13， 3,12, 9， 7, 5, 10， 6， 11， 0， 11， 7， 1, 10, 14，3, 5, 2, 2, 5， 8, 61， 4， 11， 13,12, 3， 7, 14， 15， 6,8， ， 5, 6， 1, 13，8, 1, , ，7， 9, 5，0，15， 14, 2， 3, 1S盒：13， 2，8, 4， 6, 15， 11， , 10， 9，3, 4，5， 0， 12，1， 15， 13, 8,10， , 7， 4， , 5, 6, 11， ,14， 9,7，11，4， 1, 9,

31、12， 14,0, 6，10，, 15， 3, 5，82，1， 1，7， ，1， 8，13， 15， 12,9, 0, 3,5， ， 1假定将S盒的6位的输入标记位b1、b2、b3、b、b、b6。则b和b6组合构成了一个2位数，从0到，它对应着表的一行。从b2到b构成了一个位数，从0到1,对应着表中的一列。例如,假设第6个S盒的输入为11011，第1位和第位组合形成了11,对应着第6个盒的第三行,中间4位组合形成了1001,它对应着同一个盒的第9列，S盒6在第三行第9列的数是14,则用值111来代替101.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DE

32、S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。P盒置换S盒代替运算的32位输出依照P盒进行置换.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， 1， 28， 17， 1,15, 23，26， 5，18， 1, 0 2，8， 2, 14，32, ， 3， ,19, 3， 0， 6， 2， 1， 4, 25第位移到了第4位，同时第4位移到了第31位。最后，将盒置换的结果与最初的位分组的左半部分异或,然后左、右半部分交换，接着开始另一轮。2.6 末置换

33、末置换是初始置换的逆过程。DES在最后一轮后,左半部分和右半部分并未交换,而是将两部分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:0， 8, 8， 1，56， 24， 64, 2,39, 7,4， 15， 5,23，63, 18，6，6， 14, 54， 22， 62, 3, 37, 5， 45，13， 5， , 61， 296, 4,44， 12, 5, 20， 60，28, 35, 3， 4, 11, 5, 19， 59， 2734，2, 42， 10， ，18，58, 33, 1， 41,9， 1, 5，53 程序测试输入6位明文和64位密钥后得到4位密文，DES这种密码希望采用4位的密钥，然而仅仅采用位，其余八位可用作奇偶校验或随意设置.通过对比输入的明文及解密结果可知，c程序设计合理。文中如有不足，请您指教！15 / 15