DES算法及其VC源代码

1、DES算法及其在VC+6.0下的实现(上)摘要：本文介绍了一种国际上通用的加密算法DES算法的原理，并给出了在VC+6.0语言环境下实现的源代码。最后给出一个示例，以供参考。关键字：DES算法、明文、密文、密钥、VC；本文程序运行效果图如下：正文：当今社会是信息化的社会。为了适应社会对计算机数据安全保密越来越高的要求，美国国家标准局(NBS)于1997年公布了一个由IBM公司研制的一种加密算法，并且确定为非机要部门使用的数据加密标准，简称DES(Data Encrypton Standard)。自公布之日起，DES算法作为国际上商用保密通信和计算机通信的最常用算法，一直活跃在国际保密通信的舞台

2、上，扮演了十分突出的角色。现将DES算法简单介绍一下，并给出实现DES算法的VC源代码。DES算法由加密、解密和子密钥的生成三部分组成。一加密DES算法处理的数据对象是一组64比特的明文串。设该明文串为m=m1m2m64 (mi=0或1)。明文串经过64比特的密钥K来加密，最后生成长度为64比特的密文E。其加密过程图示如下：DES算法加密过程对DES算法加密过程图示的说明如下：待加密的64比特明文串m，经过IP置换后，得到的比特串的下标列表如下：IP5850423426181026052443628201246254463830221466456484032241685749413325179

3、1595143352719113615345372921135635547393123157该比特串被分为32位的L0和32位的R0两部分。R0子密钥K1(子密钥的生成将在后面讲)经过变换f(R0,K1)（f变换将在下面讲）输出32位的比特串f1,f1与L0做不进位的二进制加法运算。运算规则为：f1与L0做不进位的二进制加法运算后的结果赋给R1，R0则原封不动的赋给L1。L1与R0又做与以上完全相同的运算，生成L2，R2 一共经过16次运算。最后生成R16和L16。其中R16为L15与f(R15,K16)做不进位二进制加法运算的结果，L16是R15的直接赋值。R16与L16合并成64位的比特串

4、。值得注意的是R16一定要排在L16前面。R16与L16合并后成的比特串，经过置换IP-1后所得比特串的下标列表如下：IP-140848165624643239747155523633138646145422623037545135321612936444125220602835343115119592734242105018582633141949175725经过置换IP-1后生成的比特串就是密文e.。下面再讲一下变换f(Ri-1,Ki)。它的功能是将32比特的输入再转化为32比特的输出。其过程如图所示：对f变换说明如下：输入Ri-1(32比特)经过变换E后，膨胀为48比特。膨胀后的比特串的

5、下标列表如下：E:32123454567898910111213121314151617161718192021202122232425242526272829282930313231膨胀后的比特串分为8组，每组6比特。各组经过各自的S盒后，又变为4比特(具体过程见后)，合并后又成为32比特。该32比特经过P变换后，其下标列表如下：P:1672021291228171152326518311028241432273919133062211425经过P变换后输出的比特串才是32比特的f (Ri-1,Ki)。下面再讲一下S盒的变换过程。任取一S盒。见图：在其输入b1,b2,b3,b4,b5,b6中

6、，计算出x=b1*2+b6, y=b5+b4*2+b3*4+b2*8，再从Si表中查出x 行，y 列的值Sxy。将Sxy化为二进制，即得Si盒的输出。（S表如图所示）至此，DES算法加密原理讲完了。在VC+6.0下的程序源代码为：for(i=1;i=64;i+) m1i=mipi-1;/64位明文串输入，经过IP置换。下面进行迭代。由于各次迭代的方法相同只是输入输出不同，因此只给出其中一次。以第八次为例：/进行第八次迭代。首先进行S盒的运算，输入32位比特串。for(i=1;i=48;i+)/经过E变换扩充，由32位变为48位 RE1i=R7Ei-1;for(i=1;i=48;i+)/与K8按

7、位作不进位加法运算 RE1i=RE1i+K8i;for(i=1;i=48;i+) if(RE1i=2) RE1i=0; for(i=1;i7;i+)/48位分成8组s11i=RE1i;s21i=RE1i+6;s31i=RE1i+12;s41i=RE1i+18;s51i=RE1i+24;s61i=RE1i+30;s71i=RE1i+36;s81i=RE1i+42;/下面经过S盒，得到8个数。S1,s2,s3,s4,s5,s6,s7,s8分别为S表s1=s1s116+s111*2s115+s114*2+s113*4+s112*8;s2=s2s216+s211*2s215+s214*2+s213*4

8、+s212*8;s3=s3s316+s311*2s315+s314*2+s313*4+s312*8;s4=s4s416+s411*2s415+s414*2+s413*4+s412*8;s5=s5s516+s511*2s515+s514*2+s513*4+s512*8;s6=s6s616+s611*2s615+s614*2+s613*4+s612*8;s7=s7s716+s711*2s715+s714*2+s713*4+s712*8;s8=s8s816+s811*2s815+s814*2+s813*4+s812*8;for(i=0;i8;i+)/8个数变换输出二进制for(j=1;j5;j+)

9、tempj=si+1%2; si+1=si+1/2;for(j=1;j5;j+) f4*i+j=temp5-j;for(i=1;i33;i+)/经过P变换 frki=fPi-1;/S盒运算完成for(i=1;i33;i+)/左右交换 L8i=R7i;for(i=1;i33;i+)/R8为L7与f(R,K)进行不进位二进制加法运算结果 R8i=L7i+frki;if(R8i=2) R8i=0; 其它各次迭代类似，可以依此类推。二子密钥的生成64比特的密钥生成16个48比特的子密钥。其生成过程见图：子密钥生成过程具体解释如下：64比特的密钥K，经过PC-1后，生成56比特的串。其下标如表所示：PC

10、-157494133251791585042342618102595143352719113605244366355473931231576254463830221466153453729211352820124该比特串分为长度相等的比特串C0和D0。然后C0和D0分别循环左移1位，得到C1和D1。C1和D1合并起来生成C1D1。C1D1经过PC-2变换后即生成48比特的K1。K1的下标列表为：PC-21417112415328156211023191242681672720132415231374755304051453348444939563453464250362932C1、D1分别循环

11、左移LS2位，再合并，经过PC-2，生成子密钥K2依次类推直至生成子密钥K16。注意：Lsi (I =1,2,.16)的数值是不同的。具体见下表：迭代顺序12345678910111213141516左移位数1122222212222221生成子密钥的VC程序源代码如下： for(i=1;i57;i+)/输入64位K，经过PC-1变为56位 k0i=kPC_1i-1;56位的K0，均分为28位的C0，D0。C0，D0生成K1和C1，D1。以下几次迭代方法相同，仅以生成K8为例。 for(i=1;i27;i+)/循环左移两位 C8i=C7i+2; D8i=D7i+2;C827=C71;D827=

12、D71;C828=C72;D828=D72;for(i=1;i=28;i+) Ci=C8i; Ci+28=D8i;for(i=1;i=48;i+) K8i=CPC_2i-1;/生成子密钥k8注意：生成的子密钥不同，所需循环左移的位数也不同。源程序中以生成子密钥 K8为例，所以循环左移了两位。但在编程中，生成不同的子密钥应以Lsi表为准。 三解密DES的解密过程和DES的加密过程完全类似，只不过将16圈的子密钥序列K1，K2K16的顺序倒过来。即第一圈用第16个子密钥K16，第二圈用K15，其余类推。第一圈：加密后的结果L=R15, R=L15f(R15,K16)f(R15,K16)=L15同理

13、R15=L14f(R14,K15), L15=R14。同理类推：得 L=R0, R=L0。其程序源代码与加密相同。在此就不重写。四示例例如：已知明文m=learning, 密钥 k=computer。明文m的ASCII二进制表示：m= 01101100 01100101 01100001 0111001001101110 01101001 01101110 01100111密钥k的ASCII二进制表示：k=01100011 01101111 01101101 0111000001110101 01110100 01100101 01110010明文m经过IP置换后，得：11111111 000

14、01000 11010011 10100110 00000000 11111111 01110001 11011000等分为左右两段：L0=11111111 00001000 11010011 10100110 R0=00000000 11111111 01110001 11011000经过16次迭代后，所得结果为：L1=00000000 11111111 01110001 11011000 R1=00110101 00110001 00111011 10100101L2=00110101 00110001 00111011 10100101 R2=00010111 11100010 1011

15、1010 10000111L3=00010111 11100010 10111010 10000111 R3=00111110 10110001 00001011 10000100L4=00111110101100010000101110000100 R4=11110111110101111111101000111110L5=11110111110101111111101000111110 R5=10010110011001110100111111100101L6=10010110011001110100111111100101 R6=11001011001010000101110110100

16、111L7=11001011001010000101110110100111 R7=01100011110011101000111011011001L8=01100011110011101000111011011001 R8=01001011110100001111001000000100L9=01001011110100001111001000000100 R9=00011101001101111010111011100001L10=00011101001101111010111011100001 R10=11101110111110111111010100000101L11=1110111

17、0111110111111010100000101 R11=01101101111011011110010111111000L12=01101101111011011110010111111000 R12=11111101110011100111000110110111L13=11111101110011100111000110110111 R13=11100111111001011010101000000100L14=11100111111001011010101000000100 R14=00011110010010011011100001100001L15=000111100100100

18、11011100001100001 R15=01010000111001001101110110100011L16=01010000111001001101110110100011 R16=01111101101010000100110001100001其中，f函数的结果为：f1=11001010001110011110100000000011 f2=00010111000111011100101101011111f3=00001011100000000011000000100001 f4=11100000001101010100000010111001f5=10101000110101100

19、100010001100001 f6=00111100111111111010011110011001f7=11110101101010011100000100111100 f8=10000000111110001010111110100011f9=01111110111110010010000000111000 f10=10100101001010110000011100000001f11=01110000110110100100101100011001 f12=00010011001101011000010010110010f13=10001010000010000100111111111

20、100 f14=11100011100001111100100111010110f15=10110111000000010111011110100111 f16=0110001111100001111101000000000016个子密钥为：K1=11110000101111101110111011010000 K2=11100000101111101111011010010101K3=11110100111111100111011000101000 K4=11100110111101110111001000011010K5=11101110110101110111011100100110 K

21、6=11101111110100110101101110001011K7=00101111110100111111101111100110 K8=10111111010110011101101101010000K9=00011111010110111101101101000100 K10=00111111011110011101110100001001K11=00011111011011011100110101101000 K12=01011011011011011011110100001010K13=11011101101011011010110110001111 K14=110100111

22、01011101010111110000000K15=11111001101111101010011011010011 K16=11110001101111100010111000000001S盒中，16次运算时，每次的8 个结果为：第一次：5，11，4，1，0，3，13，9；第二次：7，13，15，8，12，12，13，1；第三次：8，0，0，4，8，1，9，12；第四次：0，7，4，1，7，6，12，4；第五次：8，1，0，11，5，0，14，14；第六次：14，12，13，2，7，15，14，10；第七次：12，15，15，1，9，14，0，4；第八次：15，8，8，3，2，3，14，5

23、；第九次：8，14，5，2，1，15，5，12；第十次：2，8，13，1，9，2，10，2；第十一次：10，15，8，2，1，12，12，3；第十二次：5，4，4，0，14，10，7，4；第十三次：2，13，10，9，2，4，3，13；第十四次：13，7，14，9，15，0，1，3；第十五次：3，1，15，5，11，9，11，4；第十六次：12，3，4，6，9，3，3，0；子密钥生成过程中，生成的数值为：C0=0000000011111111111111111011 D0=1000001101110110000001101000C1=0000000111111111111111110110 D1=0000011011101100000011010001C2=0000001111111111111111101100 D2=0000110111011000000110100010C3=0000111111111111111110110000 D3=0011011101100000011010001000C4=0011111111111111111011000000 D4=1101110110000001101000100000C5=1111111