DES加密算法的實(shí)現(xiàn)

1、常州工學(xué)院計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目 DES加密算法的實(shí)現(xiàn)班 級(jí) 14軟一 學(xué)號(hào)姓名 王磊（組長(zhǎng)） 學(xué)號(hào)姓名 王凱旋 學(xué)號(hào)姓名 陶偉 2016 年 01 月 06日一，實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： DES加密算法的實(shí)現(xiàn)二，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：a) 熟悉DES算法的基本原理；b) 依據(jù)所算則的算法，編程實(shí)現(xiàn)該該算法；c) 執(zhí)行程序并分析結(jié)果；三，實(shí)驗(yàn)原理1，概述 DES是一種分組加密算法，他以64位為分組對(duì)數(shù)據(jù)加密。64位一組的明文從算法的一端 輸入，64位的密文從另一端輸出。DES是一個(gè)對(duì)稱(chēng)算法：加密和解密用的是同一個(gè)算法（除密鑰編排不同以外）。 密鑰的長(zhǎng)度為56位(密鑰通常表示為64位的數(shù)，但每個(gè)第

2、8位都用作奇偶檢驗(yàn)，可以忽略)。密鑰可以是任意的56位數(shù)，且可以在任意的時(shí)候改變。 DES算法的入口參數(shù)有3個(gè)：Key，Data，Mode。其中Key為8個(gè)字節(jié)共64位，是DES算法 的工作密鑰；Data也為8個(gè)字節(jié)64位，是要被加密或解密的數(shù)據(jù)：Mode為DES的工作方式，有兩種：加密或解密。 DES算法的工作過(guò)程：若Mode為加密，則用Key對(duì)數(shù)據(jù)Data進(jìn)行加密，生成Data的密碼 形式（64位）作為DES的輸出結(jié)果；若Mode為解密，則用Key對(duì)密碼形式的數(shù)據(jù)Data解密，還 原為Data的明碼形式（64位）作為DES的輸出結(jié)果。2，DES算法詳述 DES算法把64位的明文輸入塊變?yōu)?

3、4位的密文輸出塊，他所使用的密鑰也是64位，DES對(duì)64 位的明文分組進(jìn)行操作。通過(guò)一個(gè)初始置換，將明文分組分成左半部分和右半部分，各32位長(zhǎng)。然后進(jìn)行16輪相同的運(yùn)算，這些相同的運(yùn)算被稱(chēng)為函數(shù)f，在運(yùn)算過(guò)程中數(shù)據(jù)和密鑰相結(jié)合。經(jīng)過(guò)16輪運(yùn)算后左、右部分在一起經(jīng)過(guò)一個(gè)置換（初始置換的逆置換），這樣算法就完成了。 （1）初始置換 其功能是把輸入的64位數(shù)據(jù)塊按位重新組合，并把輸出分為L(zhǎng)0，R0兩部分，每部分各長(zhǎng)32位， 即將輸入的第58位換到第1位，第50位換到第2位，依次類(lèi)推，最后一位是原來(lái)的第7位，L0，R0則是換位輸出后的兩部分，L0是輸出的左32位，R0是右32位。 （2）逆置換 經(jīng)過(guò)1

4、6次迭代運(yùn)算后，得到L16，R16，將此作為輸入進(jìn)行逆置換，即得到密文輸出。逆置換正好是初始置換的逆運(yùn)算。例如，第1位經(jīng)過(guò)初始置換后，處于第40位，而通過(guò)逆置 換，又將第40位換回到第1位。 （3）函數(shù)f(Ri,Ki)的計(jì)算 “擴(kuò)展置換”是將32位放大成48位，“P盒置換”是32位到32位換位， 在（Ri,Ki）算法描述圖中，選擇函數(shù)功能是把6 b數(shù)據(jù)變?yōu)? b數(shù)據(jù)。 (4)子密鑰Ki(48 b)的生成算法 開(kāi)始，由于不考慮每個(gè)字節(jié)的第8位，DES的密鑰從64位變?yōu)?8位，如表6所示，首先56位 密鑰被分成兩個(gè)部分，每部分28位，然后根據(jù)輪數(shù)，兩部分分別循環(huán)左移l或2位。 DES算法規(guī)定，其中

5、第8，16，64位是奇偶校驗(yàn)位，不參與DES運(yùn)算。故Key實(shí)際可用 位數(shù)只有56位。即：經(jīng)過(guò)密鑰置換表的變換后，Key的位數(shù)由64位變成了56位，此56位分為C 0，D0兩部分，各28位，然后分別進(jìn)行第一次循環(huán)左移，得到C1，D1，將C1(28位)，D1(28位 )合并得到56位，再經(jīng)過(guò)壓縮置換，從而便得到了密鑰K0(48位)。依次類(lèi)推，便可得到K1，K 2，K15。需要注意的是，16次循環(huán)左移對(duì)應(yīng)的左移位數(shù)要依據(jù)表7所示的規(guī)則進(jìn)行。 以上介紹了DES算法的加密過(guò)程。DES算法的解密過(guò)程是一樣的，區(qū)別僅在于第一次迭代時(shí)用子密鑰K15，第二次是K14，最后一次用K0，算法本身并沒(méi)有任何變化。四，

6、實(shí)驗(yàn)步驟：a) 選擇并熟悉一種密碼算法。b) 編寫(xiě)概要設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告c) 使用visual c+工具，編碼.d) 調(diào)試及測(cè)試五，主要程序#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>void show1() /主界面printf("nnntt* DES加密解密系統(tǒng) *nn");printf("tt-n");/printf("tt-n");printf("tt*n");printf("tt*tttttt*n&

7、quot;);printf("tt*tttttt*n");printf("tt*ttt1.加密ttt*n");printf("tt*tttttt*n");printf("tt*ttt2.解密ttt*n");printf("tt*tttttt*n");printf("tt*ttt3.退出ttt*n");printf("tt*tttttt*n");printf("tt*tttttt*n");printf("tt-n");

8、void show2()/加密界面printf("nnntt* DES加密 *nn");printf("tt-n");printf("tt*n");printf("tt*tttttt*n");printf("tt*t請(qǐng)選擇明文和密鑰的輸入方式:tt*n");printf("tt*tttttt*n");printf("tt*tt1.直接輸入ttt*n");printf("tt*tttttt*n");printf("tt*tt2.

9、從文件讀取ttt*n");printf("tt*tttttt*n");printf("tt*tt3.退出tttt*n");printf("tt*tttttt*n");printf("tt-n");printf("ttt選擇:");void reader(char str30,char s8) /讀取明文和密鑰FILE *fp;fp=fopen(str,"r");if(fp=NULL)printf("明文讀取失敗!n");elsefscanf(fp

10、,"%s",s);fclose(fp);void To2Bin(char p8,int b64) /將字節(jié)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制流int i,k=0;for(i=0;i<8;i+) int j=0x80;for(;j;j>>=1) if(j&pi) bk+=1; else bk+=0; int IP_Table64 = /初始置換(IP) 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,

11、 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; int E_Table = /擴(kuò)展變換E 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, 23, 24, 25, 26,

12、27, 28, 27, 28, 29, 30, 31, 0; int S_Box8416 = /8個(gè)s盒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

13、, 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

14、, 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

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,

16、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,

17、 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;int IP_1_Table64 =/逆初始置換IP-1 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

18、, 33, 1, 41, 9, 49, 17, 57, 25, 32, 0, 40, 8, 48, 16, 56, 24;int P_Table32 =/置換運(yùn)算P15,6,19,20,28,11,27,16, 0,14,22,25,4,17,30,9, 1,7,23,13,31,26,2,8, 18,12,29,5,21,10,3,24; int PC_156 = 56,48,40,32,24,16,8, /密鑰置換PC_1 0,57,49,41,33,25,17, 9,1,58,50,42,34,26, 18,10,2,59,51,43,35, 62,54,46,38,30,22,14,

19、6,61,53,45,37,29,21, 13,5,60,52,44,36,28, 20,12,4,27,19,11,3; int PC_248 =/密鑰置換PC_213,16,10,23,0,4,2,27,14,5,20,9,22,18,11,3,25,7,15,6,26,19,12,1, 40,51,30,36,46,54,29,39,50,44,32,47,43,48,38,55,33,52,45,41,49,35,28,31; void Replacement(int arry1,int arry2,int arry3,int num)/置換函數(shù)(初始IP，逆初始IP，int i,tm

20、p;for(i=0;i<num;i+)tmp=arry2i;arry3i=arry1tmp;int move_times16 = 1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1; /對(duì)左移位的規(guī)定void lif_move(int arry1,int arry2,int n) /左移位實(shí)現(xiàn)函數(shù)int i;for(i=0;i<28;i+)arry2i=arry1(n+i)%28;int K1648;/存放16輪子密鑰int c64;/存放明文或密文int L1732,R1732; /存放加密過(guò)程中左右部分void SubKey(int K064)/子密鑰產(chǎn)生函數(shù)int

21、 i;int K156,K256;int C1728,D1728;Replacement(K0,PC_1,K1,56);/密鑰置換PC_1for(i=0;i<28;i+)/將PC_1輸出的56比特分為左右兩部分C0i=K1i;D0i=K1i+28;i=0;while(i<16)int j;lif_move(Ci,Ci+1,move_timesi);lif_move(Di,Di+1,move_timesi);for(j=0;j<28;j+)K2j=Ci+1j;K2j+28=Di+1j;Replacement(K2,PC_2,Ki,48);/密鑰置換PC_2i+;/*printf

22、("n子密鑰生成過(guò)程中，左邊生成的值:");for(i=0;i<17;i+)int j;printf("nC%d:",i);for(j=0;j<28;j+)if(j%7=0)printf(" ");printf("%d",Cij);printf("n子密鑰生成過(guò)程中，右邊生成的值:");for(i=0;i<17;i+)int j;printf("nD%d:",i);for(j=0;j<28;j+)if(j%7=0)printf(" "

23、;);printf("%d",Dij);*/void S_compress(int arry,int shc)/S盒壓縮變換，其中數(shù)組shc存放經(jīng)過(guò)s盒的結(jié)果int h,l;/行，列int sha8; /存放經(jīng)過(guò)s盒的十進(jìn)制結(jié)果int i,j;int temp4;for(i=0;i<8;i+) /s盒壓縮變換h=arry(1+(i*6)-1*2 + arry(6+(i*6)-1;l =arry(2+(i*6)-1*8 + arry(3+(i*6)-1*4 + arry(4+(i*6)-1*2 + arry(5+(i*6)-1; shai=S_Boxihl; for(i

24、=0;i<8;i+) for(j=3;j>=0;j-) tempj=shai%2; shai=shai/2; for(j=0;j<4;j+) shc4*i+j=tempj; /*printf("n第%d次s盒的輸出:",m+);for(i=0;i<32;i+)if(i%8=0)printf(" ");printf("%d",shci);*/void To10(int a, int b,int n)/二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制int i,j;int temp;int arry164;for(i=0;i<n/4;i+)f

25、or(j=0;j<4;j+)arryij=a4*i+j;for (i=0;i<n/4;i+)temp=arryi0*8+arryi1*4+arryi2*2+arryi3*1;/*for(j=3;j>=0;j-)if(arryij=1)t=1;for(k=0;k<3-j;k+)t=t*2;temp+=t;*/bi=temp;void To102(int a, int b,int n)/二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制int i,j;int temp;int arry88;int t=1,k;for(i=0;i<n/8;i+)for(j=0;j<8;j+)arryij=a8*i+

26、j;for (i=0;i<n/8;i+)temp=0;for(j=7;j>=0;j-)if(arryij=1)t=1;for(k=0;k<7-j;k+)t=t*2;temp+=t;bi=temp;void F_Function(int a32,int b32,int n)/F函數(shù)int i;int tmp48;int tep32;Replacement(a,E_Table,tmp,48);/擴(kuò)展變換E/*printf("n第%d輪E盒擴(kuò)展結(jié)果:",n);for(i=0;i<48;i+)if(i%8=0)printf(" ");pr

27、intf("%d",tmpi);*/for(i=0;i<48;i+)/與子密鑰異或tmpi = Kni;/*printf("n進(jìn)入S盒的48比特:");for(i=0;i<48;i+)if(i%6=0)printf(" ");printf("%d",tmpi);*/S_compress(tmp,tep); /壓縮變換SReplacement(tep,P_Table,b,32); /置換運(yùn)算P/*printf("n第%d次P置盒輸出:",l+);for(i=0;i<32;i+)i

28、f(i%8=0)printf(" ");printf("%d",bi);*/*printf("nf%d的輸出結(jié)果:",n);for(i=0;i<32;i+)if(i%8=0)printf(" ");printf("%d",bi);*/void Encryption(int m064,int c164)int i,k;int arry32;int c064,m164;Replacement(m0,IP_Table,m1,64); /初始置換IP/*printf("n初始置換:&qu

29、ot;);for(i=0;i<64;i+)if(i%8=0)printf(" ");printf("%d",m1i);*/for(i=0;i<32;i+)L0i=m1i;R0i=m1i+32;k=1;while(k<17)F_Function(Rk-1,arry,k-1);for(i=0;i<32;i+)Lki=Rk-1i;Rki=Lk-1iarryi;k+;for(i=0;i<32;i+)c0i=R16i;c0i+32=L16i;Replacement(c0,IP_1_Table,c1,64); /逆初始置換void ch

30、angeKey(int a1648)int i,j;int tmp1648;for(i=0;i<16;i+)for(j=0;j<48;j+)tmpij=aij;for(i=0;i<16;i+)for(j=0;j<48;j+)Kij=tmp15-ij;void Decryption(int c1,int m)int c064,t64;int i,k;int arry32;changeKey(K);/*printf("n交換后的密鑰:n");for(i=0;i<16;i+)printf("n");for(j=0;j<48;

31、j+)if(j%8=0)printf(" ");printf("%d",Kij);*/Replacement(c1,IP_Table,c0,64);/初始IPfor(i=0;i<32;i+)L0i=c0i;R0i=c0i+32;k=1;while(k<17)F_Function(Rk-1,arry,k-1);for(i=0;i<32;i+)Lki=Rk-1i;Rki=Lk-1iarryi;k+;for(i=0;i<32;i+)ti=R16i;ti+32=L16i;Replacement(t,IP_1_Table,m,64); /逆

32、初始置換void print() /輸出函數(shù)int i;int a12,b12,d316;int p64,q64;for(i=0;i<32;i+)pi=L15i;p32+i=R15i;qi=R16i;qi+32=L16i;To10(K14,a,48);To10(K15,b,48);To10(c,d0,64);To10(p,d1,64);To10(q,d2,64);printf("ntt15輪密鑰:");for(i=0;i<12;i+)printf("%x",ai);printf("t15輪結(jié)果:");for(i=0;i&l

33、t;16;i+)printf("%X",d1i);printf("ntt16輪密鑰:");for(i=0;i<12;i+)printf("%X",bi);printf("t16輪結(jié)果:");for(i=0;i<16;i+)printf("%X",d2i);printf("ntt最后結(jié)果:");for(i=0;i<16;i+)printf("%X",d0i);/*printf("n最后結(jié)果二進(jìn)制:");for(i=0;i

34、<64;i+)printf("%d",ci);*/int main()int num,i,t;char s18,s28;int m64; /m存放二進(jìn)制明文/密文int d64; /存放二進(jìn)制密鑰int s8;show1();printf("ttinput you choice:");while(1)scanf("%d",&num);switch(num)case 1:system("cls");/調(diào)用清屏函數(shù)show2();scanf("%d",&num);if(num=

35、1)while(strlen(s1)!=8)printf("tt請(qǐng)輸入明文(8):");scanf("%s",s1);To2Bin(s1,m);/將明文轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制流while(strlen(s2)!=8)printf("tt請(qǐng)輸入密鑰(8):");scanf("%s",s2);To2Bin(s2,d);/將密鑰轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制/*printf("n初始二進(jìn)制明文:");for(i=0;i<64;i+)printf("%d",mi);*/*printf("n初始二

36、進(jìn)制密鑰:");for(i=0;i<64;i+)printf("%d",di);*/SubKey(d);/*printf("n16輪子密鑰如下:");for(i=0;i<16;i+)printf("nK%d:",i+1);for(j=0;j<48;j+)if(j%8=0)printf(" ");printf("%d",Kij);*/Encryption(m,c);/*printf("n16次迭代左結(jié)果:");for(i=0;i<17;i+)p

37、rintf("nL%d:",i);for(j=0;j<32;j+)if(j%8=0)printf(" ");printf("%d",Lij);printf("n16次迭代右結(jié)果:");for(i=0;i<17;i+)printf("nR%d:",i);for(j=0;j<32;j+)if(j%8=0)printf(" ");printf("%d",Rij);*/print();/*printf("n二進(jìn)制密文:");f

38、or(i=0;i<64;i+)printf("%d",ci);*/printf("ntt按0將此密文解密,1返回上一層,2返回主界面,其他鍵退出.");scanf("%d",&t);if(t=0)int s8;int a64;Decryption(c,a);/*printf("n解密后的二進(jìn)制:");for(i=0;i<64;i+)printf("%d",ai);*/To102(a,s,64);printf("ntt解密結(jié)果:");for(i=0;i<

39、;8;i+)printf("%c",si);printf("ntt按1加密,2解密,3退出");else if(t=1)system("cls");show2();else if(t=2)system("cls");show1();elseexit(0);else if(num=2)char str120,str220;printf("tt請(qǐng)輸入明文文件名:");scanf("%s",str1);reader(str1,s1);To2Bin(s1,m);printf(&quo

40、t;tt請(qǐng)輸入密鑰文件名:");scanf("%s",str2);reader(str2,s2);To2Bin(s2,d);SubKey(d);Encryption(m,c);print();printf("ntt按0將此密文解密,1將密文存入文件,2返回主界面,其他鍵退出.");scanf("%d",&t);if(t=0)int a64;Decryption(c,a);/*printf("n解密后的二進(jìn)制:");for(i=0;i<64;i+)printf("%d",ai);*/To102(a,s,64);printf("ntt解密結(jié)果:");for(i=0;i<8;i+)printf("%c",si);printf(&qu