信息安全实验报告DES加密算法

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1、 中北大学大学软件学院网络攻击与防御实验报告计算机科学与技术学院计算机系网络教研室制课程名称： 信息安全技术实验名称： DES加密算法指导教师： 班 级： 学生XX： 学 号： 实验日期： 16-5-10 16:00-17:45 实验地点： 软件学院实验成绩：13 / 15一、实验目的通过用DES算法对实际数据进行加密和解密来深刻了解DES的运行原理，进而加深对对称加密算法的理解与认识。预备知识：1）数据加密标准（DES，Data Encryption Standard）是一种使用密钥加密的块密码，1976年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准（FIPS），随后在国际上广泛流传开来

2、。 它基于使用56位密钥的对称算法。这个算法因为包含一些设计元素，相对短的密钥长度以与怀疑含美国国家安全局（NSA）的后门而在开始时有争议，因 此DES因此受到了强烈的学院派式的审查，并以此推动了现代的块密码与其密码分析的发展。2) DES算法的入口参数有三个:Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位,是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式,有两种：加密或解密。3）DES算法的安全性，DES现在已经不是一种安全的加密方法，主要因为它使用的56位密钥过短。1999年1月，与电 子前哨基金会合作，在22小时15分钟即

3、公开破解了一个DES密钥。也有一些分析报告提出了该算法的理论上的弱点，虽然在实际中难以应用。为了提供实用 所需的安全性，可以使用DES的派生算法3DES来进行加密，虽然3DES也存在理论上的攻击方法。在2001年，DES作为一个标准已经被高级加密标准 （AES）所取代。4）对称密码算法（Symmetric cipher）：加密密钥和解密密钥一样，或实质上等同，即从一个易于推出另一个。又称传统密码算法（Conventional cipher)、秘密密钥算法或单密钥算法。 5）分组密码（Block cipher）：将明文分成固定长度的组，用同一密钥和算法对每一块加密，输出也是固定长度的密文。DES

4、、IDEA、RC2、RC4、RC5分组密码是将明文消息编码表示后的数字（简称明文数字）序列，划分成长度为n的组（可看成长度为n的矢量），每组分别在密钥的控制下变换成等长的输出数字（简称密文数字）序列。6）CAP(Cryptographic Analysis Program)是由DR. Richard Spillman专门为教学而研制的密码制作与分析工具，已经在美国的很多高校得到了广泛地使用，受到了密码学习者的普遍欢迎。二、实验环境操作系统：运行Windows ，VS2010编译环境。三、实验容与实验要求 对学号加解密任务一：DES加解密算法的原理 DES算法的加密流程图与参数： DES的参数：

5、密钥长度：56比特输入：64比特输出：64比特运算轮数：16 DES解密过程与加密过程完全相似，只不过将16次迭代的子密钥顺序倒过来，即： m = DES-1(c) = IP-1 T1T2.T15 T16 IP(c) 可以证明 DES-1 (DES (m) )=m任务二: DES算法的实现 根据对DES算法的介绍，自己创建明文信息，并选择一个密钥，编写DES密码算法的实现程序，实现加密和解密操作，并算结果将CAP4的运进行比较。四、实验过程与分析 在虚拟机SQLServer 2008中用Microsoft Visual Studio软件新建一个项目命名为DES。导入加解密代码，编译运行。在该项

6、目所在的文件夹下新建如下四个.txt文件：1.txt key.txt 2.txt 3.txt在1.txt中写入要加密的学号和密码，key.txt中写入加密的密码,点击DES.exe运行，运行结果的加密密文在2.txt，解密后的容在3.txt中。加解密代码如下：#include stdio.h#include memory.h#include time.h#include stdlib.h#define PLAIN_FILE_OPEN_ERROR -1 #define KEY_FILE_OPEN_ERROR -2 #define CIPHER_FILE_OPEN_ERROR -3 #define

7、 OK 1 typedef char ElemType; /初始置换表IP int IP_Table64 = 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, 56,48,40,32,24,16,8,0, 58,50,42,34,26,18,10,2, 60,52,44,36,28,20,12,4, 62,54,46,38,30,22,14,6; /逆初始置换表IP-1 int IP_1_Table64 = 39,7,47,15,55,23,63,31,

8、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, 32,0,40,8,48,16,56,24; /扩充置换表E int E_Table48 = 31, 0, 1, 2, 3, 4, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 7, 8,9,10,11,12, 11,12,13,14,15,16, 15,16,17,18,19,20, 19,20,21,22,23,24,

9、 23,24,25,26,27,28, 27,28,29,30,31, 0; /置换函数P int P_Table32 = 15,6,19,20,28,11,27,16, 0,14,22,25,4,17,30,9, 1,7,23,13,31,26,2,8, 18,12,29,5,21,10,3,24; /S盒 int S8416 =/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,

10、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, 13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,1

11、0,14,7, 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

12、,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 12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11, 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, /S7 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

13、,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, /S8 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; /置换选择1 int PC_156 = 56,48,40,32,24,16,8, 0,57,49,41,3

14、3,25,17, 9,1,58,50,42,34,26, 18,10,2,59,51,43,35, 62,54,46,38,30,22,14, 6,61,53,45,37,29,21, 13,5,60,52,44,36,28, 20,12,4,27,19,11,3; /置换选择2 int PC_248 = 13,16,10,23,0,4,2,27, 14,5,20,9,22,18,11,3, 25,7,15,6,26,19,12,1, 40,51,30,36,46,54,29,39, 50,44,32,46,43,48,38,55, 33,52,45,41,49,35,28,31; /对左移次

15、数的规定 int MOVE_TIMES16 = 1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1; /字节转换成二进制 int ByteToBit(ElemType ch, ElemType bit8) intt; for(cnt = 0;cnt cnt)&1; return 0; /二进制转换成字节 int BitToByte(ElemType bit8,ElemType *ch) intt; for(cnt = 0;cnt 8;t+) *ch |= *(bit +t)cnt; return 0; /将长度为8的字符串转为二进制位串 int Char8ToBit64(ElemT

16、ype ch8,ElemType bit64) intt; for(cnt = 0;t 8;t+) ByteToBit(*(ch+cnt),bit+(cnt3); return 0; /将二进制位串转为长度为8的字符串 int Bit64ToChar8(ElemType bit64,ElemType ch8) intt; memset(ch,0,8); for(cnt = 0;t 8;t+) BitToByte(bit+(cnt3),ch+cnt); return 0; /密钥置换1 int DES_PC1_Transform(ElemType key64, ElemType tempbts5

17、6) intt; for(cnt = 0;t 56;t+) tempbtscnt = keyPC_1cnt; return 0; /密钥置换2 int DES_PC2_Transform(ElemType key56, ElemType tempbts48) intt; for(cnt = 0;t 48;t+) tempbtscnt = keyPC_2cnt; return 0; /循环左移 int DES_ROL(ElemType data56, int time) ElemType temp56; /保存将要循环移动到右边的位 memcpy(temp,data,time); memcpy(

18、temp+time,data+28,time); /前28位移动 memcpy(data,data+time,28-time); memcpy(data+28-time,temp,time); /后28位移动 memcpy(data+28,data+28+time,28-time); memcpy(data+56-time,temp+time,time); return 0; /生成子密钥 int DES_MakeSubKeys(ElemType key64,ElemType subKeys1648) ElemType temp56; intt; DES_PC1_Transform(key,t

19、emp);/PC1置换 for(cnt = 0;t 16;t+)/16轮跌代，产生16个子密钥 DES_ROL(temp,MOVE_TIMEScnt);/循环左移 DES_PC2_Transform(temp,subKeyscnt);/PC2置换，产生子密钥 return 0; /IP置换 int DES_IP_Transform(ElemType data64) intt; ElemType temp64; for(cnt = 0;t 64;t+) tempcnt = dataIP_Tablecnt; memcpy(data,temp,64); return 0; /IP逆置换 int DE

20、S_IP_1_Transform(ElemType data64) intt; ElemType temp64; for(cnt = 0;t 64;t+) tempcnt = dataIP_1_Tablecnt; memcpy(data,temp,64); return 0; /扩展置换 int DES_E_Transform(ElemType data48) intt; ElemType temp48; for(cnt = 0;t 48;t+) tempcnt = dataE_Tablecnt; memcpy(data,temp,48); return 0; /P置换 int DES_P_T

21、ransform(ElemType data32) intt; ElemType temp32; for(cnt = 0;t 32;t+) tempcnt = dataP_Tablecnt; memcpy(data,temp,32); return 0; /异或 int DES_XOR(ElemType R48, ElemType L48 ,int count) intt; for(cnt = 0;t count;t+) Rcnt = Lcnt; return 0; /S盒置换 int DES_SBOX(ElemType data48) intt; int line,row,output; i

22、nt cur1,cur2; for(cnt = 0;t 8;t+) cur1 =t*6; cur2 =t2; /计算在S盒中的行与列 line = (datacur11) + datacur1+5; row = (datacur1+13) + (datacur1+22) + (datacur1+33; datacur2+1 = (output&0X04)2; datacur2+2 = (output&0X02)1; datacur2+3 = output&0x01; return 0; /交换 int DES_Swap(ElemType left32, ElemType right32) El

23、emType temp32; memcpy(temp,left,32); memcpy(left,right,32); memcpy(right,temp,32); return 0; /加密单个分组 int DES_EncryptBlock(ElemType plainBlock8, ElemType subKeys1648, ElemType cipherBlock8) ElemType plainBits64; ElemType copyRight48; intt; Char8ToBit64(plainBlock,plainBits); /初始置换（IP置换） DES_IP_Transf

24、orm(plainBits); /16轮迭代 for(cnt = 0;t = 0;t-) memcpy(copyRight,cipherBits+32,32); /将右半部分进行扩展置换，从32位扩展到48位 DES_E_Transform(copyRight); /将右半部分与子密钥进行异或操作 DES_XOR(copyRight,subKeyscnt,48); /异或结果进入S盒，输出32位结果 DES_SBOX(copyRight); /P置换 DES_P_Transform(copyRight); /将明文左半部分与右半部分进行异或 DES_XOR(cipherBits,copyRig

25、ht,32); if(cnt != 0) /最终完成左右部的交换 DES_Swap(cipherBits,cipherBits+32); /逆初始置换（IP1置换） DES_IP_1_Transform(cipherBits); Bit64ToChar8(cipherBits,plainBlock); return 0; /加密文件 int DES_Encrypt(char *plainFile, char *keyStr,char *cipherFile) FILE *plain,*cipher; int count; ElemType plainBlock8,cipherBlock8,ke

26、yBlock8; ElemType bKey64; ElemType subKeys1648; if(plain = fopen(plainFile,rb) = NULL) return PLAIN_FILE_OPEN_ERROR; if(cipher = fopen(cipherFile,wb) = NULL) return CIPHER_FILE_OPEN_ERROR; /设置密钥 memcpy(keyBlock,keyStr,8); /将密钥转换为二进制流 Char8ToBit64(keyBlock,bKey); /生成子密钥 DES_MakeSubKeys(bKey,subKeys);

27、 while(!feof(plain) /每次读8个字节，并返回成功读取的字节数 if(count = fread(plainBlock,sizeof(char),8,plain) = 8) DES_EncryptBlock(plainBlock,subKeys,cipherBlock); fwrite(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher); if(count) /填充 memset(plainBlock + count,0,7 - count); /最后一个字符保存包括最后一个字符在的所填充的字符数量 plainBlock7 = 8 - count; DES_

28、EncryptBlock(plainBlock,subKeys,cipherBlock); fwrite(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher); fclose(plain); fclose(cipher); return OK; /解密文件 int DES_Decrypt(char *cipherFile, char *keyStr,char *plainFile) FILE *plain, *cipher; int count,times = 0; long fileLen; ElemType plainBlock8,cipherBlock8,keyBlock

29、8; ElemType bKey64; ElemType subKeys1648; if(cipher = fopen(cipherFile,rb) = NULL) return CIPHER_FILE_OPEN_ERROR; if(plain = fopen(plainFile,wb) = NULL) return PLAIN_FILE_OPEN_ERROR; /设置密钥 memcpy(keyBlock,keyStr,8); /将密钥转换为二进制流 Char8ToBit64(keyBlock,bKey); /生成子密钥 DES_MakeSubKeys(bKey,subKeys); /取文件长

30、度 fseek(cipher,0,SEEK_END); /将文件指针置尾 fileLen = ftell(cipher); /取文件指针当前位置 rewind(cipher); /将文件指针重指向文件头 while(1) /密文的字节数一定是8的整数倍 fread(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher); DES_DecryptBlock(cipherBlock,subKeys,plainBlock); times += 8; if(times fileLen) fwrite(plainBlock,sizeof(char),8,plain); else break

31、; /判断末尾是否被填充 if(plainBlock7 8) for(count = 8 - plainBlock7; count 7; count+) if(plainBlockcount != 0) break; if(count = 7)/有填充 fwrite(plainBlock,sizeof(char),8 - plainBlock7,plain); else/无填充 fwrite(plainBlock,sizeof(char),8,plain); fclose(plain); fclose(cipher); return OK; int main() DES_Encrypt(1.txt,key.txt,2.txt); /1.txt是明文源文件，2.txt是加密之后的文件 ,key.txts是密钥system(pause); DES_Decrypt(2.txt,key.txt,3.txt); getchar(); return 0; 五、实验结果总结运行结果如下：心得： （1） 通过本次实验我学会了用DES加密算法加密和解密。对一连串的代码有了一定的了解与认识，能够通过代码认识加解密的过程。通过用DES算法对实际数据进行加密和解密深刻了解了DES的运行原理，进而加深了对对称加密算法的理解与认识。（2）通过这次结合实际解决加解密的过程，认识很深刻，感觉到了DES的重要性。