[计算机类论文精品]DES数据加密算法实验报告

1、 实验报告课程名称 信息安全/计算机安全 实验项目 实验一 des数据加密算法 姓名 学号 班级 专业 电子信息工程 同组人姓名 指导教师姓名 实验日期 2011年 月 日 一、实验目的通过本实验的学习，深刻理解des加密标准，提高算法设计能力，为今后继续学习密码技术和数字签名奠定基础。二、实验内容根据des加密标准，用c+设计编写符合des算法思想的加、解密程序，能够实现对字符串和数组的加密和解密。三、实验步骤1. 在操作系统环境下启动vc+集成环境（microsoft visual c+ 6.0 ，其中6.0为版本号，也可为其它版本），则产生如图1所示界面。图1 vc+ 集成环境界面2.

2、选择“文件”菜单下的“新建”命令，出现如图2所示界面（不可直接按“新建”按钮，此按钮是新建一个文本文件）。此界面缺省标签是要为新程序设定工程项目，但编辑小的源程序也可以不建立项目，可以直接选择其左上角的“文件”标签，产生如图3所示界面。3. 在图3所示的界面中左边选定文件类型为“c+ source file”，右边填好文件名并选定文件存放目录，然后单击“确定”按钮，出现如图4所示编程界面，开始输入程序。4. 输入完源程序后，按编译菜单下的编译命令，对源程序进行编译。系统将在下方的窗口中显示编译信息。如果无此窗口，可按alt + 2键或执行查看菜单下的输出命令。如果编译后已无提示错误，则可按编译

3、菜单下的构件命令来生成相应的可执行文件，随后可按编译菜单下的执行命令运行的程序。图2 新建vc+工程项目界面图3 新建vc+源程序文件界面图4 vc+源程序编辑界面4、 des算法的过程1. 处理密钥：1.1 从用户处获得64位密钥key。(每第8位为校验位，为使密钥有正确的奇偶校验，每个字节要有奇数个“1”位。1.2 处理过程:1.2.1 对密钥实施变换，经过子密钥换位表pc-1的变换后，key 的位数由64 位变成了56位。1.2.2 把变换后的密钥等分成两部分，前28位记为c0，后28位记为d0。1.2.3 计算子密钥(共16个)， 从i=1开始。1.2.3.1 分别对ci-1、di-1

4、作循环左移来生成ci、di(共16次)。1.2.3.2 串联ci、di，得到一个56位数，然后对此数作子密钥换位表pc-2变换以产生48位子密钥ki 。1.2.3.3 按以上方法计算出16个子密钥。 2对64位数据块的处理：21 把数据分成64位的数据块，不够64位的以适当方式填补。22 对数据块利用初始变换ip表作变换。23 将变换后的数据块等分成前后两部分，前32位记为l0,后32位记为r0。 24 用16个子密钥对数据加密。241 利用扩展置换e，将32位r(i-1)数据扩展成48位。242 用er (i-1)与子密钥k(i)作按位异或运算。243 把所得的48位数分成8个6位数组。1-

5、6位为z1，7-12位为z2,43-48位为z8。244 从j=1开始，用s盒里的值替换zj。s盒里的值为4位数，共8个s盒，输出32位数。2441 取出z j的第1和第6位串联起来成一个2位数，记为m。m即是sj盒里用来替换z j的数所在的行数。2442 取出z j的第2至第5位串联起来成一个4位数，记为n。n即是sj盒里用来替换z j的数所在的列数。2443 用坐标（m,n）在s盒中查找出相应的值作为s盒的输出。245 八个选择函数sj(1j8)的输出拼接为32位二进制数据，把它作为p盒置换的输入，得到输出246 把得到的结果与l（i-1）作异或运算。把计算结果賦给r（i）。247 把r（

6、i-1）的值賦给l（i），完成1轮乘积变换。248 从241起循环执行16次，直到k(16)也被用到。25 把r（16）和l（16） 顺序串联起来得到一个64位数。对这个数实施22变换的逆变换ip-1。五算法实现（1）源程序：#ifndef _des_encrypt_decrypt #define _des_encrypt_decrypt #define byte unsigned char #define lpbyte byte* #define lpcbyte const byte* #define bool int class des public: bool cdesenter(lpc

7、byte in, lpbyte out, int datalen, const byte key8, bool type); bool cdesmac(lpcbyte mac_data, lpbyte mac_code, int datalen, const byte key8); private: void xor(const byte in18, const byte in28, byte out8); lpbyte bin2ascii(const byte byte64, byte bit8); lpbyte ascii2bin(const byte bit8, byte byte64)

8、; void gensubkey(const byte oldkey8, byte newkey168); void endes(const byte m_bit8, const byte k_bit8, byte e_bit8); void undes(const byte m_bit8, const byte k_bit8, byte e_bit8); void sreplace(byte s_bit8); ; /* * cdesenter 函数说明： * des加密/解密入口 * 返回： * 1则成功,0失败 * 参数： * in 需要加密或解密的数据 * 注意：in缓冲区的大小必须和d

9、atalen相同. * out 加密后或解密后输出。 * 注意：out缓冲区大小必须是8的倍数而且比datalen大或者相等。 * 如datalen=7，out缓冲区的大小应该是8，datalen=8,out缓冲区的大小应该是8, * datalen=9,out缓冲区的大小应该是16，依此类推。 * datalen 数据长度(字节)。 * 注意:datalen 必须是8的倍数。 * key 8个字节的加密或解密的密码。 * type 是对数据进行加密还是解密 * 0 表示加密 1 表示解密 */ bool des:cdesenter(lpcbyte in, lpbyte out, int da

10、talen, const byte key8, bool type) /判断输入参数是否正确，失败的情况为： /!in： in指针（输入缓冲）无效 /!out： out指针（输出缓冲）无效 /datalen1： 数据长度不正确 /!key： 加/解密密码无效 /type & (datalen % 8) !=0：选择解密方式但是输入密文不为8的倍数 if(!in) | (!out) | (datalen1) | (!key) | (type & (datalen % 8) !=0) return false; if(type=0) /选择的模式是加密 / 用于存储待加密字串最后的若干字节 / d

11、es算法是以8个字节为单位进行加密，如果待加密字串以8为单位分段加密时，最后一段不足 /8字节，则在后面补0，使其最后一段的长度为8字节 / te8bit是作为存储待加密字串最后一段（不足8字节）的变量 byte te8bit8=0,0,0,0,0,0,0,0; / 这是待加密字串的调整长度 / 如果原始长度是8的整数倍，则调整长度的值和原来的长度一样 / 如果原始长度不是8的整数倍，则调整长度的值是能被8整除且不大于原来长度的最大整数。 /也就是不需要补齐的块的总长度 int te_fixlen = datalen - (datalen % 8); / 将待加密密文以8为单位分段，把最后长度

12、不足8的一段存储到te8bit中 for(int i = 0; i (datalen % 8); i+) te8biti = inte_fixlen + i; / 将待加密字串分以8字节为单位分段加密 for(i = 0; i te_fixlen; i += 8) endes(in + i, key, out + i); / 如果待加密字串不是8的整数倍，则将最后一段补齐（补0）后加密 if(datalen % 8 != 0) endes(te8bit, key, out + datalen / 8 * 8); else /选择的模式是解密 / 将密文以8字节为单位分段解密 for(int i

13、 = 0; i datalen; i += 8) undes(in + i, key, out + i); return true; /* * cdesmac 函数说明： * desmac 数据验校 * 返回： * 1则成功,0失败 * 参数： * mac_data mac验校数据 * 注意：mac_data缓冲区的大小(16字节以上)必须和datalen相同,而且应是8的倍数。 * out_mac mac验校输出(8字节) * dadalen 数据长度(字节)。 * 注意:datalen 必须是16以上而且是8的倍数。 * key 8个字节的验校密码。 */ bool des:cdesmac

14、(lpcbyte mac_data, lpbyte mac_code, int datalen, const byte key8) /判断输入参数是否正确，失败的情况为： /!mac_data： mac_data指针（输入缓冲）无效 /!mac_code： mac_code指针（输出缓冲）无效 /datalen16： 数据长度不正确 /datalen % 8 != 0： 数据长度不为8的整数倍 /!key：密码不符合要求 if(!mac_data) | (!mac_code) | (datalen 16) | (datalen % 8 != 0) | (!key) return false;

15、endes(mac_data, key, mac_code); for(int i = 8; i datalen; i += 8) xor(mac_code, mac_data + i, mac_code); endes(mac_code, key, mac_code); return true; /* * xor 函数说明： * 将输入的两个8字节字符串异或 * 返回： * 无 * 参数： * const byte in18 输入字符串1 * const byte in28 输入字符串2 * byte out8 输出的结果字符串 */ void des:xor(const byte in18

16、, const byte in28, byte out8) for(int i = 0; i 8; i+) outi = in1i in2i; /* * bin2ascii 函数说明： * 将64字节的01字符串转换成对应的8个字节 * 返回： * 转换后结果的指针 * 参数： * const byte byte64 输入字符串 * byte bit8 输出的转换结果 */ lpbyte des:bin2ascii(const byte byte64, byte bit8) for(int i = 0; i 8; i+) biti = bytei * 8 * 128 + bytei * 8 +

17、 1 * 64 + bytei * 8 + 2 * 32 + bytei * 8 + 3 * 16 + bytei * 8 + 4 * 8 + bytei * 8 + 5 * 4 + bytei * 8 + 6 * 2 + bytei * 8 + 7; return bit; /* * ascii2bin 函数说明： * 将8个字节输入转换成对应的64字节的01字符串 * 返回： * 转换后结果的指针 * 参数： * const byte bit8 输入字符串 * byte byte64 输出的转换结果 */ lpbyte des:ascii2bin(const byte bit8, byte

18、 byte64) for(int i=0; i 8; i+) for(int j = 0; j (7 - j) ) & 0x01; return byte; /* * gensubkey 函数说明： * 由输入的密钥得到16个子密钥 * 返回： * 无 * 参数： * const byte oldkey8 输入密钥 * byte newkey168 输出的子密钥 */ void des:gensubkey(const byte oldkey8, byte newkey168) int i, k, rol = 0; /缩小换位表1 int pc_156 = 57,49,41,33,25,17,9

19、, 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; /缩小换位表2 int pc_248 = 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

20、,50,36,29,32; /16次循环左移对应的左移位数 int ccmovebit16 = 1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1; byte oldkey_byte64; byte oldkey_byte164; byte oldkey_byte264; byte oldkey_c56; byte oldkey_d56; byte newkey_byte1664; ascii2bin(oldkey, oldkey_byte); /位变换 for(i = 0; i 56; i+) oldkey_byte1i = oldkey_bytepc_1i - 1; /分为左右

21、两部分，复制一遍以便于循环左移 for(i = 0; i 28; i+) oldkey_ci = oldkey_byte1i, oldkey_ci + 28 = oldkey_byte1i, oldkey_di = oldkey_byte1i + 28, oldkey_di + 28 = oldkey_byte1i + 28; /分别生成16个子密钥 for(i = 0; i 16; i+) /循环左移 rol += ccmovebiti; /合并左移后的结果 for(k = 0; k 28; k+) oldkey_byte2k = oldkey_ck + rol, oldkey_byte2k

22、 + 28 = oldkey_dk + rol; /位变换 for(k = 0; k 48; k+) newkey_byteik = oldkey_byte2pc_2k - 1; /生成最终结果 for(i = 0; i 16; i+) bin2ascii(newkey_bytei, newkeyi); /* * endes 函数说明： * des加密 * 返回： * 无 * 参数： * const byte m_bit8 输入的原文 * const byte k_bit8 输入的密钥 * byte e_bit8 输出的密文 */ void des:endes(const byte m_bit

23、8, const byte k_bit8, byte e_bit8) /换位表ip int ip64 = 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 ; /换位表ip_1 int ip_164 = 40,8,48,16,56,24,64,32, 39,7,47,1

24、5,55,23,63,31, 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 ; /放大换位表 int e48 = 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,

25、28,29, 28,29,30,31,32,1 ; byte m_bit18 = 0; byte m_byte64 = 0; byte m_byte164 = 0; byte key_n168 = 0; byte l_bit178 = 0; byte r_bit178 = 0; byte e_byte64 = 0; byte e_byte164 = 0; byte r_byte64 = 0; byte r_byte164 = 0; int i, j; /根据密钥生成16个子密钥 gensubkey(k_bit, key_n); /将待加密字串变换成01串 ascii2bin(m_bit, m_

26、byte); /按照ip表对待加密字串进行位变换 for(i = 0; i 64; i+) m_byte1i = m_byteipi - 1; /位变换后的待加密字串 bin2ascii(m_byte1, m_bit1); /将位变换后的待加密字串分成两组，分别为前4字节l和后4字节r，作为迭代的基础（第0次迭代） for(i = 0; i 4; i+) l_bit0i = m_bit1i, r_bit0i = m_bit1i + 4; /16次迭代运算 for(i = 1; i = 16; i+) /r的上一次的迭代结果作为l的当前次迭代结果 for(j = 0; j 4; j+) l_bi

27、tij = r_biti-1j; ascii2bin(r_biti-1, r_byte); /将r的上一次迭代结果按e表进行位扩展得到48位中间结果 for(j = 0; j 48; j+) r_byte1j = r_byteej - 1; bin2ascii(r_byte1, r_biti-1); /与第i-1个子密钥进行异或运算 for(j = 0; j 6; j+) r_biti-1j = r_biti-1j key_ni-1j; /进行s选择，得到32位中间结果 sreplace(r_biti - 1); /结果与l的上次迭代结果异或得到r的此次迭代结果 for(j = 0; j 4;

28、 j+) r_bitij = l_biti-1j r_biti-1j; /组合最终迭代结果 for(i = 0; i 4; i+) e_biti = r_bit16i, e_biti + 4 = l_bit16i; ascii2bin(e_bit, e_byte); /按照表ip-1进行位变换 for(i = 0; i 64; i+) e_byte1i = e_byteip_1i - 1; /得到最后的加密结果 bin2ascii(e_byte1, e_bit); /* * undes 函数说明： * des解密，与加密步骤完全相同，只是迭代顺序是从16到1 * 返回： * 无 * 参数： *

29、 const byte m_bit8 输入的密文 * const byte k_bit8 输入的密钥 * byte e_bit8 输出解密后的原文 */ void des:undes(const byte m_bit8, const byte k_bit8, byte e_bit8) /换位表ip int ip64 = 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

30、,3, 61,53,45,37,29,21,13,5, 63,55,47,39,31,23,15,7 ; /换位表ip_1 int ip_164 = 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 ; /放大换位表 int e48 = 32,1, 2, 3, 4, 5

31、, 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 ; byte m_bit18 = 0; byte m_byte64 = 0; byte m_byte164 = 0; byte key_n168 = 0; byte l_bit178 = 0; byte r_bit178 = 0; byte e_byte64 = 0; byte e_byte164 = 0; byte l_byte64

32、 = 0; byte l_byte164 = 0; int i = 0, j = 0; /根据密钥生成16个子密钥 gensubkey(k_bit, key_n); /将待加密字串变换成01串 ascii2bin(m_bit, m_byte); /按照ip表对待加密字串进行位变换 for(i = 0; i 64; i+) m_byte1i = m_byteipi - 1; /位变换后的待加密字串 bin2ascii(m_byte1, m_bit1); /将位变换后的待加密字串分成两组，分别为前4字节r和后4字节l，作为迭代的基础（第16次迭代） for(i = 0; i 0; i-) /l的上

33、一次的迭代结果作为r的当前次迭代结果 for(j = 0; j 4; j+) r_biti-1j = l_bitij; ascii2bin(l_biti, l_byte); /将l的上一次迭代结果按e表进行位扩展得到48位中间结果 for(j = 0; j 48; j+) l_byte1j = l_byteej - 1; bin2ascii(l_byte1, l_biti); /与第i-1个子密钥进行异或运算 for(j = 0; j 6; j+) l_bitij = l_bitij key_ni-1j; /进行s选择，得到32位中间结果 sreplace(l_biti); /结果与r的上次迭

34、代结果异或得到l的此次迭代结果 for(j = 0; j 4; j+) l_biti-1j = r_bitij l_bitij; /组合最终迭代结果 for(i = 0; i 4; i+) e_biti = l_bit0i, e_biti + 4 = r_bit0i; ascii2bin(e_bit, e_byte); /按照表ip-1进行位变换 for(i = 0; i 64; i+) e_byte1i = e_byteip_1i - 1; /得到最后的结果 bin2ascii(e_byte1, e_bit); /* * sreplace 函数说明： * s选择 * 返回： * 无 * 参数

35、： * byte s_bit8 输入暨选择后的输出 */ void des:sreplace(byte s_bit8) int p32 = 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 ; byte s416 = 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

36、,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,

37、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

38、,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

39、,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 ; byte s_byte64 = 0; byte s_byte164 = 0; byte row = 0, col = 0; byt

40、e s_out_bit8 = 0; /转成二进制字符串处理 ascii2bin(s_bit, s_byte); for(int i = 0; i 8; i+) /0、5位为row，1、2、3、4位为col，在s表中选择一个八位的数 row = s_bytei * 6 * 2 + s_bytei * 6 + 5; col = s_bytei * 6 + 1 * 8 + s_bytei * 6 + 2 * 4 + s_bytei * 6 + 3 * 2 + s_bytei * 6 + 4; s_out_biti = sirowcol; /将八个选择的八位数据压缩表示 s_out_bit0 = (s_out_bit0 4) + s_out_bit1; s_out_bit1 = (s_out_bit2 4) + s_out_bit3; s_out_bit2 = (s_out_bit4 4) + s_out_bit5; s_out_bit3 = (s_out_bit6 4) + s_out_bit7; /转成二进制字符串处理 ascii2bin(s_out_bit, s_byte); /换位 for(i = 0; i 32; i+) s_byte1i = s_bytepi - 1; /生成最后结果 bin2ascii(s_byte1, s_bit); #endif（2） 实现效果：六实验