C语言实现DES算法DES加密算法实验报告.doc

xx工程大学实验报告（2015-2016学年第一学期）报告题目： des加密算法 课程名称： 密码学b 任课教员： 专 业： 学 号： 姓 名： 二o一六年一月十八日一、课程概述目的：培养学员的编程能力，理解算法原理。要求：给出des算法的软件实现，测试des的加密速度。二、设计思路使用c+语言进行编程，简化了输入输出语句。预处理时加入了iostream包。使用了std名字空间。加密时程序输入的明文是8个ascii码，生成一个16个16进制数的密文。脱密时程序输入的密文是16个16进制数，生成一个8个ascii码的明文。加脱密所用密钥均由16个16进制数组成。其中16进制数全部使用大写字母。程序中大量使用了的布尔数组，一个bool型变量只占用一位存储空间，比int型、char型变量要小的多。这降低了程序的空间复杂度。三、采取的方案本程序是将一个由8个ascii码组成的明文分组加密，生成一个由16个16进制数组成的密文。或将一个由16个16进制数组成的密文进行脱密，生成一个由8个ascii码组成的明文。所用密钥由16个16进制数组成。本实验按照输入数据及初始置换、16圈迭代、子密钥生成和逆初始置换及输出数据四个步骤实现加密算法设计。1、输入数据及初始置换 本程序首先会提示用户输入加密脱密识别码，加密输入1，脱密输入0，将此识别码存入整形变量o。根据o的不同值，提示用户输入8个字符（加密）或16个16进制数（脱密）。输入的明文或密文转化为二进制数后储存到布尔型数组m65中。初始置换通过函数ip完成，函数输入为原始明文m，函数将输出结果保存到布尔型数组mip65中。函数思想为查表，含有一个整形变量数组ip64，保存初始变换表ip。将mip的第i位赋值为m的第ipi位。2、子密钥生成 输入16个16进制数的密钥后，将密钥保存在一个16位字符数组c中，通过toer函数将之变为二进制数。toer函数输入为字符数组，通过switch语句逐个检查字符数组的每一位，将对应的四位二进制数存在64位布尔数组k中。64 bit密钥去掉每个字节的最高位得到56 bit密钥输入，通过置换选择1变换得到和各28 bit，通过zhihuan_1函数实现置换选择一。zhihuan_1函数输入为二进制密钥数组k64，输出为c0和d0，将c0、d0分别储存在28位布尔数组c、d中。函数采用查表方式生成c0和d0。根据迭代的轮数确定c和d移位循环的位数，主程序中利用一个16位整形数组来存放每一次循环左移的位数。循环左移通过xunhuan函数实现，函数输入为循环位数和长度为28的布尔数组（c或者d），函数运行一次只能改变一个布尔数组的值。为了减低编程复杂度，程序使用串行方法，分两次进行c、d的移位。每完成一次c和d的移位，进行一次置换选择二。置换选择二利用zhihuan_2函数完成。思想和zhihuan_1函数类似。zhihuan_2函数输入为移位后的c、d，zhihuan_2函数将圈子密钥存放在16*48的二维布尔数组kk1749 中。kki48表示第i圈的圈子密钥。原理图如图1所示。脱密（o=0时）需要将圈子密钥交换，此时可利用kk049充当中间变量，无需定义新的变量减少了系统开销。图1 圈子密钥生成算法3、16圈迭代des的每一圈迭代采用的是feistel模型，先将初始置换后的明文mip数组分成l和r两部分，先将r的内容放在等长的布尔数组t中，最后时需要将l的值赋为t。之后进入f函数，f函数原理如图2。图2 f函数原理图程序中的f函数输入有初始置换结果的右半部分r、圈子密钥kk、迭代圈数i。输出保存在r中。先将输入的r通过查表的方法进行e拓展，结果保存在48位布尔数组a中。再将a与圈子密钥k按位模二加。结果保存在a中。接下来将a分成8组，分别进入8个s盒。用for控制循环8次，每次操作选用6位二进制代码的开头一位和最后一位转化成十进制数，控制s盒的行数，再将6位二进制代码的中间四位转化成十进制数，控制s盒的列数。进入第几个s盒有迭代圈数i确定。取到s盒中的十进制数后，将它转化成二进制数，储存在32位布尔数组t中，在使用查表法完成p盒置换，最终结果保存在r中。最后将l与r按位模二加，得到新的r，完成一次迭代。4、逆初始置换16次迭代后，先将l16和r16连接起来，保存到64位布尔数组m中，m之前用于保存明文，这样减小了程序占用的空间。另外，为了保证加脱密算法的一致性，迭代时最后一圈不需要交换l与r，但程序中为了简化编程复杂度，在迭代时仍然交换了l与r。所以在连接时需要再次交换l与r。所以m的高32位应储存r，低32位应储存l。逆初始置换原理同初始置换步骤，不再赘述。四、取得的成果利用密钥201601211438fbca对明文81623317加密，密文为6b217c871eae79d2h结果如图3所示。图3 des加密结果图利用密钥201601211438fbca对密文6b217c871eae79d2脱密，明文为81623317。结果如图4所示。图4 des脱密结果图变换不同明文及密钥，均可以正常加脱密。在报告中不再罗列。五、心得体会des算法是一种分组密码算法，本人通过对一个明文分组的加脱密进行编程，耗时近一个月，独立完成了次算法的c+实现。本人的程序不同于网上找的des算法程序，网上的大多数程序的密文都是以ascii码来输出的。但是，这样输出的结果有很多乱码出现。因为ascii码只有在小范围内输出的结果是正常的字母、数字或者符号（从33至127），如果按ascii输出乱码密文，脱密者就很难键入这些密文，只能通过复制粘贴进行。而vc6.0的环境在控制台中很难进行复制操作，这样如果不借助文件，就很难完成密文的脱密。而密文按16进制输出就不存在这个问题。二进制串与ascii码、16进制数之间的转化也是实验的难点之一。c语言的课上没有讲过位运算的相关知识，本人只能通过除以二取余、查表等笨办法进行转化。同样，密钥选用16进制也是一个道理，如果只用字符输入密钥，密钥的每八位就会局限在00100001（33）至01111111（127）范围之内，超过范围就无法用键盘进行输入密钥，这样破译者如果看到了加密程序源代码，相应的穷尽时间会减少。通过本次编程，我发现我对c/c+语言的掌握还是不够，尤其是涉及到位运算。我也会找机会自学这一部分内容。六、附录程序代码：#include using namespace std;void toer(char c,bool k)int i,j;j=0;for(i=1;i=16;i+)switch (ci)case 0: kj+=0; kj+=0; kj+=0; kj+=0; break;case 1: kj+=0; kj+=0; kj+=0;kj+=1;break;case 2: kj+=0; kj+=0; kj+=1; kj+=0;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;case 6: kj+=0;kj+=1;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: 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+=1;kj+=0;kj+=1;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)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!=0) zf = asi % 2;asi /= 2;f+;/for(j=1;j=8;j+) coutzj;/coutendl;for(j=1;j=4;j+) t = zj;zj = z9-j;z9-j = t;/z1 = 0;for(j=1;j=8;j+) mflag+j = zj;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, 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= 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, 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=57,49,41,33,25,17,9,1,58,50,42,34,26,18,10,2,59,51,43,35,27,19,11,3,60,52,44,36;int b28=63,55,47,39,31,23,15,7,62,54,46,38,30,22,14,6,61,53,45,37,29,21,13,5,28,20,12,4;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;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;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;/for (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)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, 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, 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, 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, 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, 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;int i,j,p,a1,a2,k8; 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 = ap*2+ap+5;/左右两位换成十进制数a2 = ap+1*8+ap+2*4+ap+3*2+ap+4; /中间4位换成十进制数 /couta1endl;/couta2endl;p += 6;ki = sia1a2;/coutkiendl;p=1;for (i=0;i8;i+)switch (ki)case 0: bp+ = 0; bp+ = 0; 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;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;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 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;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: bp+ = 1;bp+ = 1;bp+ = 1;bp+ = 1;break;bool t33;for(i=1;i=32;i+) ti=bi;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; bool k65,kk1749,c29,d29,m65,mip65,l33,r33,t33; /k存放二进制密钥,kk存放16圈的圈子密钥，m存放明文，mip存放明文初始变换后int z16=1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1; int o; /c、d存放圈子密钥生产算法的左右两个部分。z为圈子密钥每次循环左移的次数couto; cout请输入密钥（16个16进制代码）：endl;for (i=1;