C語言實現(xiàn)DES算法實驗報告

1、xx 工程大學實驗報告（ 2015-2016 學年第一學期 ）報告題目 ：DES 加密算法課程名稱 ：密碼學 B任課教員 ：專業(yè)：學號：姓名：下載可編輯二 O 一六年一月十八日一、課程概述目的：培養(yǎng)學員的編程能力 ，理解算法原理 。要求：給出 DES 算法的軟件實現(xiàn) ，測試 DES 的加密速度 。二、設計思路使用 C+ 語言進行編程 ，簡化了輸入輸出語句 。 預處理時加入了iostream 包。使用了 std 名字空間 。加密時程序輸入的明文是8 個 ascii 碼，生成一個 16 個 16 進制數(shù)的密文 。脫密時程序輸入的密文是16 個 16 進制數(shù)，生成一個 8 個 ascii 碼的明文

2、。加脫密所用密鑰均由16 個 16 進制數(shù)組成 。其中 16 進制數(shù)全部使用大寫字母。程序中大量使用了的布爾數(shù)組，一個 bool 型變量只占用一位存儲空間，比 int 型、char 型變量要小的多 。 這降低了程序的空間復雜度。三、采取的方案本程序是將一個由8 個 ascii 碼組成的明文分組加密，生成一個由 16 個 16 進制數(shù)組成的密文 ?；?qū)⒁粋€由 16 個 16 進制數(shù)組成的密文進行脫密，生成一個由 8 個 ascii碼組成的明文 。所用密鑰由 16 個 16 進制數(shù)組成 。本實驗按照輸入數(shù)據(jù)及初始置換、 16 圈迭代、子密鑰生成和逆初始置換及輸出數(shù)據(jù)四個步驟實現(xiàn)加密算法設計。.專業(yè)

3、 .整理 .下載可編輯1、輸入數(shù)據(jù)及初始置換本程序首先會提示用戶輸入加密脫密識別碼，加密輸入 1，脫密輸入 0，將此識別碼存入整形變量o。 根據(jù) o 的不同值 ，提示用戶輸入 8 個字符（加密）或 16 個 16 進制數(shù)（脫密）。輸入的明文或密文轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)后儲存到布爾型數(shù)組m65 中 。初始置換通過函數(shù)IP 完成，函數(shù)輸入為原始明文m，函數(shù)將輸出結果保存到布爾型數(shù)組 mip65 中。函數(shù)思想為查表 ，含有一個整形變量數(shù)組ip64 ，保存初始變換表IP。 將 mip 的第 i 位賦值為 m 的第 ipi 位。2、子密鑰生成輸入 16 個 16 進制數(shù)的密鑰后 ，將密鑰保存在一個16 位字符數(shù)

4、組 c 中，通過ToEr 函數(shù)將之變?yōu)槎M制數(shù)。 ToEr 函數(shù)輸入為字符數(shù)組 ，通過 switch 語句逐個檢查字符數(shù)組的每一位 ，將對應的四位二進制數(shù)存在64 位布爾數(shù)組 k 中 。64 bit 密鑰去掉每個字節(jié)的最高位得到56 bit 密鑰輸入 ，通過置換選擇 1 變換得到C 0 和 D 0 各 28 bit，通過 Zhihuan_1 函數(shù)實現(xiàn)置換選擇一 。Zhihuan_1 函數(shù)輸入為二進制密鑰數(shù)組 k64 ，輸出為 C0 和 D0 ，將 C0、D0 分別儲存在 28 位布爾數(shù)組 C、D 中。函數(shù)采用查表方式生成C0 和 D0 。根據(jù)迭代的輪數(shù)確定C 和 D 移位循環(huán)的位數(shù) ，主程序中

5、利用一個16 位整形數(shù)組來存放每一次循環(huán)左移的位數(shù)。循環(huán)左移通過XunHuan 函數(shù)實現(xiàn) ，函數(shù)輸入為循環(huán)位數(shù)和長度為 28 的布爾數(shù)組 （ C 或者 D），函數(shù)運行一次只能改變一個布爾數(shù)組的值。為了減低編程復雜度 ，程序使用串行方法 ，分兩次進行 C、D 的移位 。每完成一次 C 和 D 的移位，進行一次置換選擇二 。置換選擇二利用zhihuan_2 函數(shù)完成 。 思想和Zhihuan_1函數(shù)類似 。 zhihuan_2函數(shù)輸入為移位后的C、 D ，zhihuan_2 函數(shù)將圈子密鑰存放在16*48 的二維布爾數(shù)組kk1749中。kki48 表示.專業(yè) .整理 .下載可編輯第 i 圈的圈子密

6、鑰 。 原理圖如圖 1 所示 。脫密（ o=0時）需要將圈子密鑰交換 ，此時可利用kk049 充當中間變量 ，無需定義新的變量減少了系統(tǒng)開銷。密鑰置換選擇1562828C 0D 0移位循環(huán)移位循環(huán)C1D1置換選擇248k 1移位循環(huán)移位循環(huán)C2D2置換選擇248k 2移位循環(huán)移位循環(huán)C16D16置換選擇248k 16圖 1 圈子密鑰生成算法3、16 圈迭代DES 的每一圈迭代采用的是Feistel 模型，先將初始置換后的明文mip 數(shù)組分成 L和 R 兩部分，先將 R 的內(nèi)容放在等長的布爾數(shù)組 T 中，最后時需要將 L 的值賦為 T。之后進入 F 函數(shù)，F(xiàn) 函數(shù)原理如圖 2。R=a 1 a2

7、a32Ea1 a2a48K=k 1 k 2 k48S1S2S3S4S5S6S7S8P.專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 2F 函數(shù)原理圖程序中的 F 函數(shù)輸入有初始置換結果的右半部分R、圈子密鑰 kk、迭代圈數(shù) i。輸出保存在 R 中。先將輸入的 R 通過查表的方法進行E 拓展，結果保存在 48 位布爾數(shù)組a 中 。再將 a 與圈子密鑰 k 按位模二加 。 結果保存在 a 中 。接下來將 a 分成 8 組，分別進入 8 個 S 盒 。用 for 控制循環(huán) 8 次，每次操作選用 6位二進制代碼的開頭一位和最后一位轉(zhuǎn)化成十進制數(shù)，控制 S盒的行數(shù) ，再將 6 位二進制代碼的中間四位轉(zhuǎn)化成十進制數(shù)，控制

8、 S 盒的列數(shù) 。 進入第幾個 S 盒有迭代圈數(shù) i 確定 。取到 S 盒中的十進制數(shù)后 ，將它轉(zhuǎn)化成二進制數(shù) ，儲存在 32 位布爾數(shù)組 T 中，在使用查表法完成P 盒置換，最終結果保存在R 中。最后將 L 與 R 按位模二加 ，得到新的 R，完成一次迭代 。4、逆初始置換16 次迭代后 ，先將 L16 和 R16 連接起來 ，保存到 64 位布爾數(shù)組 m 中，m 之前用于保存明文 ，這樣減小了程序占用的空間。另外，為了保證加脫密算法的一致性，迭代時最后一圈不需要交換L 與 R，但程序中為了簡化編程復雜度，在迭代時仍然交換了L 與 R。所以在連接時需要再次交換L 與 R。 所以 m 的高 3

9、2 位應儲存 R，低 32 位應儲存 L。逆初始置換原理同初始置換步驟，不再贅述 。四、取得的成果利 用 密 鑰201601211438FBCA對 明 文81623317加 密 ， 密 文 為6B217C871EAE79D2H 結果如圖 3 所示 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 3 DES 加密結果圖利用 密鑰201601211438FBCA對 密 文6B217C871EAE79D2脫 密 ，明 文為81623317 。結果如圖 4 所示 。圖 4 DES 脫密結果圖變換不同明文及密鑰 ，均可以正常加脫密 。 在報告中不再羅列 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯五、心得體會DES 算法是一種分組

10、密碼算法，本人通過對一個明文分組的加脫密進行編程，耗時近一個月 ，獨立完成了次算法的C+ 實現(xiàn) 。本人的程序不同于網(wǎng)上找的DES 算法程序，網(wǎng)上的大多數(shù)程序的密文都是以ASCII 碼來輸出的 。 但是，這樣輸出的結果有很多亂碼出現(xiàn) 。 因為 ASCII 碼只有在小范圍內(nèi)輸出的結果是正常的字母、數(shù)字或者符號 （從33 至 127 ），如果按 ASCII 輸出亂碼密文 ，脫密者就很難鍵入這些密文，只能通過復制粘貼進行 。 而 VC6.0 的環(huán)境在控制臺中很難進行復制操作，這樣如果不借助文件 ，就很難完成密文的脫密。而密文按16 進制輸出就不存在這個問題。二進制串與ASCII碼、16 進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)

11、化也是實驗的難點之一。 C 語言的課上沒有講過位運算的相關知識，本人只能通過除以二取余、查表等笨辦法進行轉(zhuǎn)化 。同樣 ，密鑰選用 16 進制也是一個道理 ，如果只用字符輸入密鑰，密鑰的每八位就會局限在00100001 （ 33 ）至01111111 （ 127 ）范圍之內(nèi) ，超過范圍就無法用鍵盤進行輸入密鑰，這樣破譯者如果看到了加密程序源代碼 ，相應的窮盡時間會減少 。通過本次編程 ，我發(fā)現(xiàn)我對C/C+ 語言的掌握還是不夠 ，尤其是涉及到位運算 。我也會找機會自學這一部分內(nèi)容。六、附錄程序代碼 ：#include using namespace std;void ToEr(char c,boo

12、l k).專業(yè) .整理 .下載可編輯int i,j;j=0;for(i=1;i=16;i+)switch (ci)case 0:k j+=0;k j+=0;k j+=0;k j+=0;break;case 1:kj+=0;kj+=0;kj+=0;kj+=1;break;case 2:kj+=0;kj+=0;kj+=1;kj+=0;.專業(yè) .整理 .下載可編輯break;case 3:kj+=0;kj+=0;kj+=1;kj+=1;break;case 4:kj+=0;kj+=1;kj+=0;kj+=0;break;case 5:kj+=0;kj+=1;kj+=0;kj+=1;break;cas

13、e 6:kj+=0;kj+=1;.專業(yè) .整理 .下載可編輯kj+=1;kj+=0;break;case 7:kj+=0;kj+=1;kj+=1;kj+=1;break;case 8:kj+=1;kj+=0;kj+=0;kj+=0;break;case 9:kj+=1;kj+=0;kj+=0;kj+=1;break;case A:.專業(yè) .整理 .下載可編輯kj+=1;kj+=0;kj+=1;kj+=0;break;case B:kj+=1;kj+=0;kj+=1;kj+=1;break;case C:kj+=1;kj+=1;kj+=0;kj+=0;break;case D:kj+=1;kj+

14、=1;kj+=0;kj+=1;.專業(yè) .整理 .下載可編輯break;case E:kj+=1;kj+=1;kj+=1;kj+=0;break;case F:kj+=1;kj+=1;kj+=1;kj+=1;break;/for (i=0;i64;i+)coutki;/ coutendl;void MtoEr(char asc,bool m).專業(yè) .整理 .下載可編輯int i,j,flag,f;int as9;bool z9=0,t;for(i=1;i=8;i+) asi = (int)asci;for (i=1;i=8;i+)f=1;flag = 8 * (i-1);while(asi!=

15、0)zf = asi % 2;asi /= 2;f+;/ for( j=1;j=8;j+) coutzj;/coutendl;for( j=1;j=4;j+) t = zj;z j = z9-j;z9-j = t;/z1 = 0;for( j=1;j=8;j+) mflag+j = zj;.專業(yè) .整理 .下載可編輯for( j=1;j=8;j+) zj=0;/ for( j=1;j=64;j+) coutmj;/coutendl;void IP(bool m,bool mip)int ip64=57, 49, 41, 33, 25, 17, 9, 1,59, 51, 43, 35, 27,

16、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;for (int i=1;i=64;i+)mipi=mipi-1+1;void IP2(bool m,bool mip)int ip64=.專業(yè) .整理 .下載可編輯39, 7, 47, 15, 55, 23, 63, 3

17、1,38, 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;for (int i=1;i=64;i+)mipi=mipi-1+1;void Zhihuan_1(bool k,bool C,bool D)int a28=57,49,41,33

18、,25,17,9,1,58,50,42,34,26,18,10,2,59,51,43,35,27,19,11,3,60,52,44,36;int b28=63,55,47,39,31,23,15,.專業(yè) .整理 .下載可編輯7,62,54,46,38,30,22,14,6,61,53,45,37,29,21,13,5,28,20,12,4;int i;for(i=1;i=28;i+) Ci=kai-1;for(i=1;i=28;i+) Di=kbi-1;/ for(i=1;i=28;i+) coutCi; coutendl;/ for(i=1;i=28;i+) coutDi; coutendl

19、;void zhihuan_2(bool C,bool D,bool k49,int q)int a48=13,16,10,23,0,4,2,27,14,5,20,9,22,18,11,3,25,7,15,6,26,19,12,1,40,51,30,36,46,54,29,39,50,44,32,47,43,48,38,55,33,52,45,41,49,35,28,31;int i;.專業(yè) .整理 .下載可編輯bool T57;for (i=1;i=56;i+)if(i=28) Ti = Ci;else Ti = Di-28;for(i=1;i=48;i+)kq+1i=Tai-1+1;/fo

20、r (i=1;i=48;i+) coutkq+1i;coutendl;void XunHuan(int x,bool C)int i;bool T29;for(i=1;i29;i+)Ti = C(i+x)%28+1;for(i=1;i29;i+)Ci = Ti;void F(bool R,bool kk49,int x).專業(yè) .整理 .下載可編輯int E48=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,

21、24, 25, 26, 27, 28,27, 28, 29, 30, 31,0;int S8416=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,

22、 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,.專業(yè) .整理 .下載可編輯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,

23、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,

24、 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,.專業(yè) .整理 .下載可編輯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

25、, 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, 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, 4,1

26、2, 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;int i,j,p,a1,a2,k8;.專業(yè) .整理 .下載可編輯bool a49,b33;for (i=1;i=48;i+) ai = REi-1+1;/ for (i=1;i=48;i+) coutai; for (i=1;i=48;i+) ai= kkxi;/ for (i=1;i=48;i+) coutai; p=1;for (i=0;i8;i+)a1

27、 = ap*2+ap+5;/左右兩位換成十進制數(shù)a2 = ap+1*8+ap+2*4+ap+3*2+ap+4;/ 中間 4 位換成十進制數(shù)/couta1endl;/couta2endl;p += 6;ki = Sia1a2;/coutkiendl;p=1;for (i=0;i8;i+)switch (ki)case 0: bp+ = 0;bp+ = 0;.專業(yè) .整理 .下載可編輯bp+ = 0;bp+ = 0;break;case 1: bp+ = 0;bp+ = 0;bp+ = 0;bp+ = 1;break;case 2: bp+ = 0;bp+ = 0;bp+ = 1;bp+ = 0;

28、break;case 3: bp+ = 0;bp+ = 0;bp+ = 1;bp+ = 1;break;case 4: bp+ = 0;bp+ = 1;bp+ = 0;bp+ = 0;break;case 5: bp+ = 0;bp+ = 1;bp+ = 0;bp+ = 1;break;.專業(yè) .整理 .下載可編輯case 6: bp+ = 0;bp+ = 1;bp+ = 1;bp+ = 0;break;case 7: bp+ = 0;bp+ = 1;bp+ = 1;bp+ = 1;break;case 8: bp+ = 1;bp+ = 0;bp+ = 0;bp+ = 0;break;case

29、 9: bp+ = 1;bp+ = 0;bp+ = 0;bp+ = 1;break;case 10: bp+ = 1;bp+ = 0;bp+ = 1;bp+ = 0;break;case 11: bp+ = 1;bp+ = 0;.專業(yè) .整理 .下載可編輯bp+ = 1;bp+ = 1;break;case 12: bp+ = 1;bp+ = 1;bp+ = 0;bp+ = 0;break;case 13: bp+ = 1;bp+ = 1;bp+ = 0;bp+ = 1;break;case 14: bp+ = 1;bp+ = 1;bp+ = 1;bp+ = 0;break;case 15:

30、bp+ = 1;bp+ = 1;bp+ = 1;bp+ = 1;break;bool T33;for(i=1;i=32;i+) Ti=bi;.專業(yè) .整理 .下載可編輯int P32=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;for(i=1;i=32;i+) Ri=TPi-1+1;void main()char c17,asc9;int i,j,mout17;boolk65,kk1749,C29,D29,m65,mip65,L33,R33,T33;/k存放二進制密鑰 ,kk 存放 16 圈的圈子密鑰 ， m 存放明文 ， mip 存放明文初始變換后int z16=1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1;int o;/C 、D 存放圈子密鑰生產(chǎn)算法的左右兩個部分。 z 為圈子密鑰每次循環(huán)左移的次數(shù)couto;.專業(yè) .整理 .下載可編輯cout