DES实验报告

得分

2、能够编写程序实现DES加、解密，以及DES的应用。

1）编程构造DES的密钥；

2）应用上述获得的密钥将一段英文或文件进行加、解密。

2. 用DES算法实现口令的安全

    const static char IP_Table[] = {

    58, 50, 42, 34, 26, 18, 10, 2, 60, 52, 44, 36, 28, 20, 12, 4,

    62, 54, 46, 38, 30, 22, 14, 6, , 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

};

// final permutation IP^-1 

const static char IPR_Table[] = {

    40, 8, 48, 16, 56, 24, , 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

};

// expansion operation matrix

static const char E_Table[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, 32,  1

};

// 32-bit permutation function P used on the output of the S-boxes 

const static char P_Table[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

};

// permuted choice table (key) 

const static char PC1_Table[56] = {

    57, 49, 41, 33, 25, 17,  9,  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

};

// permuted choice key (table) 

const static char PC2_Table[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

};

// number left rotations of pc1 

const static char LOOP_Table[16] = {

    1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1

};

// The (in)famous S-boxes 

const static char S_Box[8][4][16] = {

    // 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,  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, 10, 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, 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, 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

};

typedef bool    (*PSubKey)[16][48];

static void SDES(char Out[8], char In[8], const PSubKey pSubKey, bool Type);//标准DES加/解密

static void SetKey(const char* Key, int len);// 设置密钥

static void SetSubKey(PSubKey pSubKey, const char Key[8]);// 设置子密钥

static void F_func(bool In[32], const bool Ki[48]);// f 函数

static void S_func(bool Out[32], const bool In[48]);// S 盒代替

static void Transform(bool *Out, bool *In, const char *Table, int len);// 变换

static void Xor(bool *InA, const bool *InB, int len);// 异或

static void RotateL(bool *In, int len, int loop);// 循环左移

static void ByteToBit(bool *Out, const char *In, int bits);// 字节组转换成位组

static void BitToByte(char *Out, const bool *In, int bits);// 位组转换成字节组

static bool SubKey[2][16][48];// 16圈子密钥

static bool Is3DES;// 3次DES标志

static char Tmp[256], deskey[16];

void SetKey(const char* Key, int len)

{

    memset(deskey, 0, 16);

memcpy(deskey, Key, len>16?16:len);

    SetSubKey(&SubKey[0], &deskey[0]);

Is3DES = len>8 ? (SetSubKey(&SubKey[1], &deskey[8]), true) : false;

}

void SDES(char Out[8], char In[8], const PSubKey pSubKey, bool Type)

{

    static bool M[], tmp[32], *Li=&M[0], *Ri=&M[32];

    ByteToBit(M, In, );

    Transform(M, M, IP_Table, );

    if( Type == ENCRYPT ){

for(int i=0; i<16; ++i) {

            memcpy(tmp, Ri, 32);

            F_func(Ri, (*pSubKey)[i]);

            Xor(Ri, Li, 32);

            memcpy(Li, tmp, 32);

        }

    }else{

for(int i=15; i>=0; --i) {

            memcpy(tmp, Li, 32);

            F_func(Li, (*pSubKey)[i]);

            Xor(Li, Ri, 32);

            memcpy(Ri, tmp, 32);

        }

    }

    Transform(M, M, IPR_Table, );

    BitToByte(Out, M, );

}

void SetSubKey(PSubKey pSubKey, const char Key[8])

{

    static bool K[], *KL=&K[0], *KR=&K[28];

    ByteToBit(K, Key, );

    Transform(K, K, PC1_Table, 56);

for(int i=0; i<16; ++i) {

        RotateL(KL, 28, LOOP_Table[i]);

        RotateL(KR, 28, LOOP_Table[i]);

        Transform((*pSubKey)[i], K, PC2_Table, 48);

    }

}

void F_func(bool In[32], const bool Ki[48])

{

    static bool MR[48];

    Transform(MR, In, E_Table, 48);

    Xor(MR, Ki, 48);

    S_func(In, MR);

    Transform(In, In, P_Table, 32);

}

void S_func(bool Out[32], const bool In[48])

{

for(char i=0,j,k; i<8; ++i,In+=6,Out+=4) {

j = (In[0]<<1) + In[5];

k = (In[1]<<3) + (In[2]<<2) + (In[3]<<1) + In[4];

        ByteToBit(Out, &S_Box[i][j][k], 4);

    }

}

void Transform(bool *Out, bool *In, const char *Table, int len)

{

for(int i=0; i        Tmp[i] = In[ Table[i]-1 ];

    memcpy(Out, Tmp, len);

}

void Xor(bool *InA, const bool *InB, int len)

{

for(int i=0; i        InA[i] ^= InB[i];

}

void RotateL(bool *In, int len, int loop)

{

    memcpy(Tmp, In, loop);

    memcpy(In, In+loop, len-loop);

    memcpy(In+len-loop, Tmp, loop);

}

void ByteToBit(bool *Out, const char *In, int bits)

{

for(int i=0; iOut[i] = (In[i>>3]>>(i&7)) & 1;

}

void BitToByte(char *Out, const bool *In, int bits)

{

memset(Out, 0, bits>>3);

for(int i=0; iOut[i>>3] |= In[i]<<(i&7);

}

bool DES::Des_Go(char *Out, char *In, long datalen, const char *Key, int keylen, bool Type)

{

if( !( Out && In && Key && (datalen=(datalen+7)&0xfffffff8) ) ) 

        return false;

    SetKey(Key, keylen);

    if( !Is3DES ) {   // 1次DES

        for(long i=0,j=datalen>>3; i            SDES(Out, In, &SubKey[0], Type);

    } else{   // 3次DES 加密:加(key0)-解(key1)-加(key0) 解密::解(key0)-加(key1)-解(key0)

        for(long i=0,j=datalen>>3; i            SDES(Out, In,  &SubKey[0], Type);

            SDES(Out, Out, &SubKey[1], !Type);

            SDES(Out, Out, &SubKey[0], Type);

        }

    }

    return true;

}

结果如下图:

a)掌握了DES加密算法的思想。DES基于简单的代替-置换网络，进行16轮迭代，完成了扩散和混合操作，形成密文；

b)掌握了DES加密算法的处理细节：DES对bit明文输入首先进行IP变换，分成左右各32位的分组，然后进行16轮迭代，最后经过逆IP置换，输出该分组加密后的结果；

c)对于DES的每一轮迭代，又先后经过选择运算E、异或伦密钥、S盒混合、P置换等步骤；

通过实验,我已经完全掌握了DES的基本原理,并且能够自己设计程序,编写代码.同时熟悉了MFC的使用.