c语言实现des算法des加密算法实验报告

XX工程大学实验报告（20152016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。64BIT密钥去掉每个字节的最高位得到56BIT密钥输入，通过置换选择1变换得到0C和D各28BIT，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1648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（O0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。5628281置换选择密钥0C0D移位循环112置换选择1K2C2置换选择2481616D2置换选择16K48移位循环移位循环移位循环移位循环移位循环图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。PRA1A2A32S1S8S2S7S6S4S3S5EA1A2A48KK1K2K48图2F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3DES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4DES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VC60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INCLUDEUSINGNAMESPACESTDVOIDTOERCHARC,BOOLKINTI,JJ0FORI1IOCOUTCITOERC,KIFO1COUTASCIMTOERASC,MELSECOUTCITOERC,MFORI64I0IMIMI1IPM,MIPZHIHUAN_1K,C,DFORI0I16I/用FOR控制循环16次XUNHUANZI,CXUNHUANZI,D/FORJ1J28JCOUTCJ/COUTENDLZHIHUAN_2C,D,KK,IIFO0FORI1I8IFORJ1J48JKK0JKKIJKKIJKK17IJKK17IJKK0JFORI1I65IIFI32LIMIPIELSERI32MIPIFORI1I16IFORJ1J32JTJRJFR,KK,IFORJ1J32JRJLJFORJ1J32JLJTJFORI1I64IIFI32MIRIELSEMILI32IP2M,MIP/FORJ1J64JCOUTMIPJ/COUTENDLIFO1COUT“密文是