DES算法实习论文.doc

（实习论文） 文件的DES加解密作者：陈建湘； 学号：023421031； 班级：科计A班中文摘要：本文主要以DES算法为例，介绍分组密码体制，在具体的实践中模拟把文件名为letter.doc的书信加密成密文文件cipher.dat,而对方则通过解密程序又把密文译回成原来的明文。用面向对象的思想，与文件操作相结合，分析现代密码体制的优缺点，考虑密码技术的发展方向，提出作者自己的一些构思。关键字：DES，加密，解密，文件，面向对象，算法前言：本文面向读者群体为两类，一类为熟悉信息密码技术的专业人士，则只需阅读加下划线的作者的创新思想和后面源程序的第2，3页的主程序和头函数即可，而处于学习密码技术和C编程的人员则可以学习作者独特的经验和方法技巧，以便在今后的学习中把握好方向，少走弯路。正文：DES算法及分组密码体制 DES（Data Encryption Standard)是分组密码体制，于1977年元月被采纳为联邦标准，允许在非保密的政府通信中使用。DES加解密变换Ek、Dk，在首尾端使用置换及逆置换，以体现混乱原则；Ek，Dk均要经过16轮迭代，共要用到16个子密匙，还有S盒技术。整个DES算法由子密匙生成算法、加密算法、解密算法3部分组成。VC 中bitset 用法和文件操作 在Visual C 6.0中提供了一个标准库以实现对二进制位的操作，bitset中的N代表bit位数，例如一个英文字符占8个bit位。其中的运算有左移位、与&、或|、抑或等。VC流类库中同样提供了两个函数对文件的读写istream&istream:read(char *,int);ostream&ostream:write(const char *,int);第一个参数代表一个字符串指针，第二个参数为字符串的长度。当然也可以用对单个字符的操作get（），put（）函数实现文件的读写，但是这样实现很麻烦，与分组密码体制很难对应，例如DES算法中明文的长度为64bit，即8个字符的长度，如果用get（）函数则要读8次，但用read（s，8）则只需要一次就够了，这样既方便又有效，是算法与程序实现的完美结合。漏洞分析虽然采用编程技巧可以降低算法实现的难度，但是也要以牺牲一部分通用操作为代价的。例如在文件中有文件结束字符，可以通过eof（）来判断，但是如果在加密时刚好在密文正文中出现了文件结束字符，则解密时只能得到明文的一部分。解决的方法不是没有，但很别扭，可以单独处理文件结束符，也可以手动记录密文或者明文的长度，达到有效解密。憧憬和展望 作者认为，将来的密码体制如能加入时间在算法中的体现则又是一场新的革命，即密匙或者解密算法是随时间而变化，这样就体现了时空的统一和信息的实效性。参考文献：现代密码学与金融信息安全技术王泽辉编著，暨南大学出版社；C函数库查询辞典陈正凯编著，中国铁道出版社； 英文摘要：FOR DES READER.1（主函数）加密主函数：#include Cipher.h#include DES.h#define key_in key.txt#define MI letter.doc#define CI cipher.datvoid main()char* keyfile=key_in;char* mingfile=MI;char* cipherfile=CI;DES d(keyfile);d.Sonkey();d.Encipher(mingfile,cipherfile);解密主函数：#include Cipher.h#include DES.h#define key_in key.txt#define CI cipher.dat#define DE decipher.docvoid main()char* keyfile=key_in;char* cipherfile=CI;char* decipherfile=DE;DES d(keyfile);d.Sonkey();d.Decipher(cipherfile,decipherfile);Cipher类的声明：#ifndef Cipher_h#define Cipher_h#include using namespace std;class Cipherpublic: void Encipher(char* mfile,char* cfile);/virtual=0; void Decipher(char* cfile,char* dfile);/virtual=0;protected:private:;#endif2（头文件）DES类的声明：#ifndef DES_h#define DES_h#include Cipher.h#include #include #include #include #include #define INITDES initialdes.txtclass DES: public Cipherpublic: DES(char* keyfile);void Sonkey(); bitset Enciphering(bitset m); bitset Deciphering(bitset c);void Encipher(char* mfile,char* cfile);void Decipher(char* cfile,char* dfile);private:bitset Key1;bitset K17;bitset l17,ri17,X17,Y17;int PC_I57;int PC_II49;int r17;int Di49;int Mp33,Sb9416;int Ip65,Ip_165;bitset DI(bitset x);bitset SBOX(bitset x);bitset MP(bitset x);bitset IP(bitset x);bitset IP_1(bitset x);bitset L(bitset x);bitset R(bitset x);bitset SW(bitset x,bitset y);bitset f(bitset Ri_1,bitset Ki);long mingsize,ciphersize;3（DES类实现）bitset DES:DI(bitset x)bitset y;int i;bool t;for( i=47;i=0;i-)t=x.at(32-Di48-i);y.set(i,t);/coutyendl;return y;bitset DES:MP(bitset x)bitset y;int i;bool t;for(i=31;i=0;i-)t=x.at(32-Mp32-i);y.set(i,t);return y;bitset DES:IP(bitset x)bitset y;int i;bool t;for(i=63;i=0;i-)t=x.at(64-Ip64-i);y.set(i,t);/coutyendl;return y;bitset DES:IP_1(bitset x)bitset y;int i;bool t;for(i=63;i=0;i-)t=x.at(64-Ip_164-i);y.set(i,t);return y;bitset DES:L(bitset x)bitset y;int i;bool t;for(i=63;i=32;i-)t=x.at(i);y.set(i-32,t);return y;bitset DES:R(bitset x)bitset y;int i;bool t;for(i=31;i=0;i-)t=x.at(i);y.set(i,t);return y;（DES类实现）3（DES类实现）bitset DES:SW(bitset x,bitset y)bitset z;int i;bool t;for(i=31;i=0;i-)t=x.at(i);z.set(i,t);for(i=31;i=0;i-)t=y.at(i);z.set(i+32,t);return z;bitset DES:f(bitset Ri_1,bitset Ki)bitset U;bitset V;U=DI(Ri_1);U=UKi;/coutKiendl;/coutUendl;V=SBOX(U);/coutVendl;V=MP(V);/coutVendl;return V;DES:DES(char* keyfile)/int i,j,k,m;bitset tt;string str;ciphersize=0;char s64=1,x8;unsigned char c,c1;unsigned int t;/=0,ifstream fin(keyfile,ios:in|ios:binary);/|ios:nocreate|if(!fin)coutkeyfile cannot be openned!endl;exit(1);for( i=0;i8;i+)c=fin.get();t=unsigned int(c);/tt=t;/_itoa(t,x,2);str=tt.to_string();strcpy(x,str.c_str();k=i*8;for( j=0;j8;j+)m=k+j;sm=xj;/coutsi*8+jendl;if(i=0) c1=s0;/（DES类实现）4（DES类实现）s64=0;s0=c1;/Key0=bitset(s);/cout种子密匙: Key0endl;/输出K0;fin.close(); fin.open(INITDES,ios:in);/|ios:binary|ios:nocreate|if(!fin)coutkeyfile cannot be openned!endl;exit(1);for(i=1;iPC_Iic;/coutPC_Ii;for(i=1;iPC_IIic;/coutendl;coutPC_IIi,;for(i=1;iric;/coutendl;coutri,;for(i=1;iDiic;/coutDii,;coutendl;for(i=1;iMpic;/coutMpi,;coutendl;for(k=1;k=8;k+)for(i=0;i4;i+)for(j=0;jSbkijc;/coutSbkij,;coutendl;for(i=1;iIpic;/coutIpi,;coutendl;for(i=1;iIp_1ic;/coutIp_1i,;coutendl;fin.close();void DES:Sonkey()bitset C17,D17;int i,j;bool t;bitset w;for(i=55;i=0;i-)t=Key0.at(64-PC_I56-i);w.set(i,t);/coutw=28;i-)t=w.at(i);C0.set(i-28,t);/coutC0=0;i-)t=w.at(i);D0.set(i,t);/coutD0endl;for(i=1;i=0;j-)t=Ci-1.at(j);Ci.set(j+1)%28,t);/coutCi=0;j-)t=Di-1.at(j);Di.set(j+1)%28,t);/coutDi=0;j-)t=Ci-1.at(j);Ci.set(j+2)%28,t);/coutCi=0;j-)t=Di-1.at(j);Di.set(j+2)%28,t);/coutDi=28;j-) t=Ci.at(j-28);w.set(j,t); for(j=27;j=0;j-) t=Di.at(j);w.set(j,t);/coutw=0;j-)t=w.at(56-PC_II48-j);Ki.set(j,t);/coutKiendl;/结束i;bitset DES:SBOX(bitset x)bitset y;int i,j,k,l,ro,co,z;bool t,b6;char row2,col4;bitset m;bitset n;bitset U9;bitset V9;/coutxendl;for(i=1;i=8;i+)for(j=1;j=6;j+)z=48-(i-1)*6-j;t=x.at(z);Ui.set(6-j,t);/coutUiendl;for(k=1;k=8;k+)for(l=0;l6;l+)（DES类实现）5（DES类实现）bl=Uk.at(l);if(b5)row0=1;else row0=0;if(b0)row1=1;else row1=0;m=bitset(row);ro=m.to_ulong();for(l=4;l=1;l-)if(bl)col4-l=1;else col4-l=0;n=bitset(col);co=n.to_ulong();Vk=Sbkroco;/coutVkendl;for(i=1;i=8;i+)for(j=1;j=4;j+)t=Vi.at(4-j);z=32-(i-1)*4-j;y.set(z,t);/coutyendl;return y;bitset DES:Enciphering(bitset M)int i;bitset Z,C;Z=IP(M);l0=L(Z);ri0=R(Z);/coutl0endl;coutri0endl;for(i=1;i=16;i+)li=rii-1;rii=li-1f(rii-1,Ki);Z=SW(l16,ri16);/coutl16endl;/coutri16endl;C=IP_1(Z);/for(i=0;i=16;i+)coutliendl;coutriiendlendl;cout分割endl;return C;bitset DES:Deciphering(bitset C)/coutCendl;bitset Z,M;int i;Z=IP(C);X0=L(Z);Y0=R(Z);for(i=1;i=16;i+)Xi=Yi-1;（DES类实现）6（DES类实现）Yi=Xi-1f(Yi-1,K17-i);/coutK17-iendl;Z=SW(X16,Y16);M=IP_1(Z);/coutMendl;/for(i=0;i=16;i+)coutXiendl;coutYiendlendl;return M;void DES:Encipher(char* mfile,char* cfile)bitset Z,C;bitset tt;string str;int i,j,k;char ch88;char cstr64;char s64=1,x8;unsigned char c,c1,c2;unsigned int t;/ifstream fin(mfile,ios:binary|ios:in);/|ios:nocreateif(!fin)coutmfile cannot be openned!endl;exit(1);ofstream fout(cfile,ios:binary|ios:trunc|ios:out);/|ios:nocreateif(!fout)coutcfile cannot be openned!endl;exit(1);/*/c=fin.get();while(fin)/取数据:c-255t=unsigned int(c);tt=t;/_itoa(t,x,2);str=tt.to_string();strcpy(x,str.c_str();for( j=0;j8;j+)sj=xj;c1=x0;for( i=1;i8;i+)c=fin.get();t=unsigned int(c);tt=t;/_itoa(t,x,2);str=tt.to_string();strcpy(x,str.c_str();k=i*8;for( j=0;j8;j+)sk+j=xj;c=fin.get();（DES类实现）7（DES类实现）s0=c1;s64=0;/coutendl; Z=bitset(s);/cout明文编码: Zendl;/加密开始:C=Enciphering(Z);/cout密文编码: Cendl;str=C.to_string();/coutstrendl; strcpy(cstr,str.c_str(); /coutcstrendl;for(i=0;i8;i+)for(j=0;j8;j+)k=i*8+j;chij=cstrk;tt=bitset(chi);t=tt.to_ulong();c2=t;fout.put(c2);ciphersize+;/加密结束;/结束while;fin.close();fout.close();void DES:Decipher(char* cfile,char* dfile)bitset C,D;bitset tt;string str;int i,j,k;char ch88;char cstr64;char s64=1,x8;unsigned char c,c1,c2;unsigned int t;/ifstream fin(cfile,ios:binary|ios:in);/ios:nocreate|if(!fin)coutcfile cannot be openned!endl;exit(1);ofstream fout(dfile,ios:binary|ios:tr