DES算法实现课程设计

1、哈尔滨理工大学课程设计题目：网络安全课程设计 DES算法实现院、系：计算机科学与技术学院 网络工程系班 级： 3学 号： 3姓名： 2同组成员： 指导教师： 一.系统设计的目标 DES全称为Data Encryption Standard，即数据加密标准，是一种使用密钥加密的块算法，作为算法的DES称为数据加密算法（Data Encryption Algorithm,DSA），已与作为标准的DES区分开来。DES密码实际上是Lucifer密码的进一步发展。它是一种採用传统加密方法的区组密码。它的算法是对称的，既可用於加密又可用於解密。此次算法设计目标就是将一段明文通过加密秘钥将其加密成密文，然

2、后再将解密秘钥将密文解密成明文。二.系统原理DES( Data Encryption Standard)算法，于1977年得到美国政府的正式许可，是一种用56位密钥来加密64位数据的方法。虽然56位密钥的DES算法已经风光不在,而且常有用Des加密的明文被破译的报道,但是了解一下昔日美国的标准加密算法总是有益的,而且目前DES算法得到了广泛的应用,在某些场合,她仍然发挥着余热。DES加密算法原理：加密算法要达到的目的通常称為DES密码算法要求主要為以下四点：提供高质量的数据保护，防止数据未经授权的洩露和未被察觉的修改；具有相当高的复杂性，使得破译的开销超过可能获得的利益，同时又要便於理解和掌握

3、 DES密码体制的安全性应该不依赖於算法的保密，其安全性仅以加密密钥的保密為基础实现经济，运行有效，并且适用於多种完全不同的应用。DES 使用一个 56 位的密钥以及附加的 8 位奇偶校验位，产生最大 64 位的分组大小。这是一个迭代的分组密码，使用称为 Feistel 的技术，其中将加密的文本块分成两半。使用子密钥对其中一半应用循环功能，然后将输出与另一半进行“异或”运算；接着交换这两半，这一过程会继续下去，但最后一个循环不交换。DES 使用 16 个循环，使用异或，置换，代换，移位操作四种基本运算。DES解密算法是加密算法的逆运算对称算法又叫传统密码算法：加密密钥能够从解密密钥中推算出来，

4、反过来也成立。对称算法要求发送者和接收者在安全通信之前，协商一个密钥。对称算法的安全性依赖于密钥，泄漏密钥就意味着任何人都能对消息进行加解密。对称算法的加密和解密表示为：EK（M）=C      DK（C）=M三. 系统功能分析:DES加密：DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key為8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也為8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode為DES的工作方式，有两种：加密或解密。DES算法是这样工作的：如Mode為加密，则用Key 去把数据Data进行加密， 生成

5、Data的密码形式（64位）作為DES的输出结果；如Mode為解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原為Data的明码形式（64位）作為DES的输出结果。在通信网络的两端，双方约定一致的Key，在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密，然后以密码形式在公共通信网（如电话网）中传输到通信网络的终点，数据到达目的地后，用同样的Key对密码数据进行解密，便再现了明码形式的核心数据。这样，便保证了核心数据（如PIN、MAC等）在公共通信网中传输的安全性和可靠性。四.系统实现: 设置密钥 获取子密钥：void SetKey(char KeyIn8) int i=0;static bool

6、 KeyBit64=0; / 密钥二进制存储空间 static bool *KiL=&KeyBit0,*KiR=&KeyBit28; / 前28,后28共56ByteToBit(KeyBit,KeyIn,64); / 把密钥转为二进制存入KeyBit TablePermute(KeyBit,KeyBit,PC1_Table,56); / PC1表置换 56次for(i=0;i<16;i+)LoopMove(KiL,28,Move_Tablei); / 前28位左移 LoopMove(KiR,28,Move_Tablei); / 后28位左移 TablePermute(Su

7、bKeyi,KeyBit,PC2_Table,48); / 二维数组 SubKeyi为每一行起始地址 / 每移一次位进行PC2置换得 Ki 48位 DES加密的实现：void PlayDes(char MesOut8,char MesIn8) / 执行DES加密 / 字节输入 Bin运算 Hex输出 int i=0;static bool MesBit64=0; / 明文二进制存储空间 64位static bool Temp32=0;static bool *MiL=&MesBit0,*MiR=&MesBit32; / 前32位 后32位 ByteToBit(MesBit,Me

8、sIn,64); / 把明文换成二进制存入MesBitTablePermute(MesBit,MesBit,IP_Table,64); / IP置换 for(i=0;i<16;i+) / 迭代16次 BitsCopy(Temp,MiR,32); / 临时存储F_Change(MiR,SubKeyi); / F函数变换Xor(MiR,MiL,32); / 得到Ri BitsCopy(MiL,Temp,32); / 得到Li TablePermute(MesBit,MesBit,IPR_Table,64);BitToHex(MesOut,MesBit,64);DES解密的实现：void Ki

9、ckDes(char MesOut8,char MesIn8) / 执行DES解密/ Hex输入 Bin运算 字节输出 int i=0;static bool MesBit64=0; / 密文二进制存储空间 64位static bool Temp32=0;static bool *MiL=&MesBit0,*MiR=&MesBit32; / 前32位 后32位HexToBit(MesBit,MesIn,64); / 把密文换成二进制存入MesBitTablePermute(MesBit,MesBit,IP_Table,64); / IP置换 for(i=15;i>=0;i

10、-)BitsCopy(Temp,MiL,32);F_Change(MiL,SubKeyi);Xor(MiL,MiR,32);BitsCopy(MiR,Temp,32);TablePermute(MesBit,MesBit,IPR_Table,64);BitToByte(MesOut,MesBit,64);详细设计 DES整体结构图：DES加密设计图:DES算法实现结果：附录:源程序代码:/*- Data Encryption Standard 56位密钥加密64位数据 2011.10-*/#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#inc

11、lude "bool.h" / 位处理 #include "tables.h"void BitsCopy(bool *DatOut,bool *DatIn,int Len); / 数组复制 void ByteToBit(bool *DatOut,char *DatIn,int Num); / 字节到位 void BitToByte(char *DatOut,bool *DatIn,int Num); / 位到字节void BitToHex(char *DatOut,bool *DatIn,int Num); / 二进制到十六进制 64位 to 4*16字

12、符void HexToBit(bool *DatOut,char *DatIn,int Num); / 十六进制到二进制 void TablePermute(bool *DatOut,bool *DatIn,const char *Table,int Num); / 位表置换函数 void LoopMove(bool *DatIn,int Len,int Num); / 循环左移 Len长度 Num移动位数 void Xor(bool *DatA,bool *DatB,int Num); / 异或函数 void S_Change(bool DatOut32,bool DatIn48); / S

13、盒变换 void F_Change(bool DatIn32,bool DatKi48); / F函数 void SetKey(char KeyIn8); / 设置密钥void PlayDes(char MesOut8,char MesIn8); / 执行DES加密void KickDes(char MesOut8,char MesIn8); / 执行DES解密 int main()int i=0; char MesHex16=0; / 16个字符数组用于存放 64位16进制的密文 char MyKey8=0; / 初始密钥 8字节*8char YourKey8=0; / 输入的解密密钥 8字

14、节*8char MyMessage8=0; / 初始明文 /*-*/printf("Welcome! Please input your Message(64 bit):n");gets(MyMessage); / 明文printf("Please input your Secret Key:n");gets(MyKey); / 密钥while(MyKeyi!='0') / 计算密钥长度i+;while(i!=8) / 不是8 提示错误printf("Please input a correct Secret Key!n&quo

15、t;);gets(MyKey);i=0;while(MyKeyi!='0') / 再次检测i+;SetKey(MyKey); / 设置密钥 得到子密钥KiPlayDes(MesHex,MyMessage); / 执行DES加密printf("Your Message is Encrypted!:n"); / 信息已加密for(i=0;i<16;i+) printf("%c ",MesHexi);printf("n");printf("n");printf("Please input

16、your Secret Key to Deciphering:n"); / 请输入密钥以解密gets(YourKey); / 得到密钥SetKey(YourKey); / 设置密钥KickDes(MyMessage,MesHex); / 解密输出到MyMessageprintf("Deciphering Over !:n"); / 解密结束for(i=0;i<8;i+)printf("%c ",MyMessagei);printf("n");system("pause");/*-*/*- 把DatI

17、n开始的长度位Len位的二进制 复制到DatOut后-*/void BitsCopy(bool *DatOut,bool *DatIn,int Len) / 数组复制 OK int i=0;for(i=0;i<Len;i+)DatOuti=DatIni;/*- 字节转换成位函数 每8次换一个字节 每次向右移一位 和1与取最后一位 共64位 -*/void ByteToBit(bool *DatOut,char *DatIn,int Num) / OKint i=0;for(i=0;i<Num;i+)DatOuti=(DatIni/8>>(i%8)&0x01; /

18、*- 位转换成字节函数 字节数组每8次移一位 位每次向左移 与上一次或 -*/void BitToByte(char *DatOut,bool *DatIn,int Num) / OKint i=0;for(i=0;i<(Num/8);i+)DatOuti=0; for(i=0;i<Num;i+)DatOuti/8|=DatIni<<(i%8);/*- 二进制密文转换为十六进制 需要16个字符表示-*/void BitToHex(char *DatOut,bool *DatIn,int Num)int i=0;for(i=0;i<Num/4;i+)DatOuti=

19、0;for(i=0;i<Num/4;i+)DatOuti = DatIni*4+(DatIni*4+1<<1)+(DatIni*4+2<<2)+(DatIni*4+3<<3);if(DatOuti%16)>9)DatOuti=DatOuti%16+'7' / 余数大于9时处理 10-15 to A-F / 输出字符 elseDatOuti=DatOuti%16+'0' / 输出字符 /*- 十六进制字符转二进制-*/void HexToBit(bool *DatOut,char *DatIn,int Num)int

20、 i=0; / 字符型输入 for(i=0;i<Num;i+)if(DatIni/4)>'9') / 大于9 DatOuti=(DatIni/4-'7')>>(i%4)&0x01; elseDatOuti=(DatIni/4-'0')>>(i%4)&0x01; / 表置换函数 OKvoid TablePermute(bool *DatOut,bool *DatIn,const char *Table,int Num) int i=0;static bool Temp256=0;for(i=0;i

21、<Num;i+) / Num为置换的长度 Tempi=DatInTablei-1; / 原来的数据按对应的表上的位置排列 BitsCopy(DatOut,Temp,Num); / 把缓存Temp的值输出 / 子密钥的移位void LoopMove(bool *DatIn,int Len,int Num) / 循环左移 Len数据长度 Num移动位数static bool Temp256=0; / 缓存 OKBitsCopy(Temp,DatIn,Num); / 将数据最左边的Num位(被移出去的)存入Temp BitsCopy(DatIn,DatIn+Num,Len-Num); / 将数

22、据左边开始的第Num移入原来的空间BitsCopy(DatIn+Len-Num,Temp,Num); / 将缓存中移出去的数据加到最右边 / 按位异或void Xor(bool *DatA,bool *DatB,int Num) / 异或函数int i=0;for(i=0;i<Num;i+)DatAi=DatAiDatBi; / 异或 / 输入48位 输出32位 与Ri异或void S_Change(bool DatOut32,bool DatIn48) / S盒变换int i,X,Y; / i为8个S盒 for(i=0,Y=0,X=0;i<8;i+,DatIn+=6,DatOut

23、+=4) / 每执行一次,输入数据偏移6位 / 每执行一次,输出数据偏移4位Y=(DatIn0<<1)+DatIn5; / af代表第几行X=(DatIn1<<3)+(DatIn2<<2)+(DatIn3<<1)+DatIn4; / bcde代表第几列ByteToBit(DatOut,&S_BoxiYX,4); / 把找到的点数据换为二进制/ F函数void F_Change(bool DatIn32,bool DatKi48) / F函数static bool MiR48=0; / 输入32位通过E选位变为48位TablePermute

24、(MiR,DatIn,E_Table,48); Xor(MiR,DatKi,48); / 和子密钥异或S_Change(DatIn,MiR); / S盒变换TablePermute(DatIn,DatIn,P_Table,32); / P置换后输出void SetKey(char KeyIn8) / 设置密钥 获取子密钥Ki int i=0;static bool KeyBit64=0; / 密钥二进制存储空间 static bool *KiL=&KeyBit0,*KiR=&KeyBit28; / 前28,后28共56ByteToBit(KeyBit,KeyIn,64); /

25、把密钥转为二进制存入KeyBit TablePermute(KeyBit,KeyBit,PC1_Table,56); / PC1表置换 56次for(i=0;i<16;i+)LoopMove(KiL,28,Move_Tablei); / 前28位左移 LoopMove(KiR,28,Move_Tablei); / 后28位左移 TablePermute(SubKeyi,KeyBit,PC2_Table,48); / 二维数组 SubKeyi为每一行起始地址 / 每移一次位进行PC2置换得 Ki 48位 void PlayDes(char MesOut8,char MesIn8) / 执行

26、DES加密 / 字节输入 Bin运算 Hex输出 int i=0;static bool MesBit64=0; / 明文二进制存储空间 64位static bool Temp32=0;static bool *MiL=&MesBit0,*MiR=&MesBit32; / 前32位 后32位 ByteToBit(MesBit,MesIn,64); / 把明文换成二进制存入MesBitTablePermute(MesBit,MesBit,IP_Table,64); / IP置换 for(i=0;i<16;i+) / 迭代16次 BitsCopy(Temp,MiR,32);

27、/ 临时存储F_Change(MiR,SubKeyi); / F函数变换Xor(MiR,MiL,32); / 得到Ri BitsCopy(MiL,Temp,32); / 得到Li TablePermute(MesBit,MesBit,IPR_Table,64);BitToHex(MesOut,MesBit,64);void KickDes(char MesOut8,char MesIn8) / 执行DES解密/ Hex输入 Bin运算 字节输出 int i=0;static bool MesBit64=0; / 密文二进制存储空间 64位static bool Temp32=0;static

28、bool *MiL=&MesBit0,*MiR=&MesBit32; / 前32位 后32位HexToBit(MesBit,MesIn,64); / 把密文换成二进制存入MesBitTablePermute(MesBit,MesBit,IP_Table,64); / IP置换 for(i=15;i>=0;i-)BitsCopy(Temp,MiL,32);F_Change(MiL,SubKeyi);Xor(MiL,MiR,32);BitsCopy(MiR,Temp,32);TablePermute(MesBit,MesBit,IPR_Table,64);BitToByte(

29、MesOut,MesBit,64); 我写的代码:/*-置换表 -*/#ifndef _TABLES_H_ / 防重复编译 #define _TABLES_H_ / 对明文执行IP置换得到L0,R0 （L左32位,R右32位） 明文操作const char IP_Table64= 58,50,42,34,26,18,10, 2,60,52,44,36,28,20,12, 4,62,54,46,38,30,22,14, 6,64,56,48,40,32,24,16, 8,57,49,41,33,25,17, 9, 1,59,51,43,35,27,19,11, 3,61,53,45,37,29,

30、21,13, 5,63,55,47,39,31,23,15, 7 ;/ 对迭代后的L16,R16执行IP逆置换,输出密文const char IPR_Table64= 40, 8,48,16,56,24,64,32,39, 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;/*- 迭代法则 -*/ / F函数,32位的R

31、0进行E变换,扩为48位输出 (R1R16) 备用A 明文操作 static char E_Table48=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;/ 子密钥K(i)的获取 密钥为K 抛弃第6,16,24,32,40,48,64位 密钥操作 / 用PC1选位 分为 前28位C0,后28位D0 两部分 static char PC1_Table56

32、=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;/ 对C0,D0分别进行左移,共16次,左移位数与下面对应 密钥操作static char Move_Table16= 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1;/ C1,D1为第一次左移后得到,进行PC2选位

33、,得到48位输出K1 备用B 密钥操作 static char PC2_Table48=14,17,11,24, 1, 5, 3,28,15, 6,21,10,23,19,12, 4,26, 8,16, 7,27,20,13, 2,41,52,31,37,47,55,30,40,51,34,33,48,44,49,39,56,34,53,46,42,50,36,29,32;/*- F函数 备用A和备用B 异或 得到48位输出 -*/ / 异或后的结果48位分为8组,每组6位,作为8个S盒的输入 组合操作 / S盒以6位作为输入(8组),4位作为输出(4*(8组)=32位)/ S工作原理 假设输

34、入为A=abcdef ,则bcde所代表的数是0-15之间的/ 一个数记为 X=bcde ,af代表的是0-3之间的一个数,记为 Y=af / 在S1的X列,Y行找到一个数Value,它在0-15之间,可以用二进制表示/ 所以为4bit (共32位) static char S_Box8416=/S114, 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

35、, 8, 2, 4, 9, 1, 7, 5,11, 3,14,10, 0, 6,13,/S215, 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,/S310, 0, 9,14, 6, 3,15, 5, 1,13,12, 7,11, 4, 2, 8,13, 7, 0, 9

36、, 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

37、, 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,/S612, 1,10,15, 9, 2, 6, 8, 0,13, 3, 4,14, 7, 5,11,10,15, 4, 2, 7,12, 0, 5, 6

38、, 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, 0, 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,/S813, 2, 8, 4, 6,15,11, 1,10, 9, 3,14, 5,