C语言实现DES算法实验报告

1、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

2、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。根据。的不同值，提示用户输入8个字符（加密）或16个16进制数（脱

3、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C。和D0各28bit,通过

4、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，程序使用申行方法，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。zhih

5、uan_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（。=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0216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To之后进入F函数，F函数原理如图2K=k1k2k48©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

6、代圈数io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6

7、4位布尔数组m中，m之前用丁保存明文，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。'DiVCXOebugmimaxue2.exe"请输入密钥（16个16进制代码）201601211438FBCA请输入明文（8个字符）=8162

8、3317笆文是；6B217C871EAE79D2HPressanykeytocontinus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所示加密按1，脱密按0广0倩输入密貌（16个16讲制代码）=201601211438FBCA清端入密支（16个16进制代码）s&B217C871EAE79D2明文是：8162331?Pressanykeytocontinue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

9、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。本人的程序不同丁网上找的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。二进制申与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

10、、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+语舌的掌握还是不够，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<iostream>usingnamespacestd;voidToEr(charc,boolk)inti,j;j=0;for(i=1;i<=16;i+)(switch(ci)(case&

11、#39;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;k

12、j+=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

13、9;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;i<64;i+)cout<<ki;/cout<<endl;voidMtoEr(charasc,boolm)(inti,j,flag,f;intas9;boolz9=0,t;for(i=1;i<=8;i+)asi=(int)asci;for(i=1;i<=8;i+)f=1;fla

14、g=8*(i-1);while(asi!=0)zf=asi%2;asi/=2;f+;/for(j=1;j<=8;j+)cout<<zj;/cout<<endl;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+)cout<<mj;/cout<<endl;voidIP(boolm,boolmip)intip64=57,49,41,33,25,17,9,1,5

15、1,43,35,27,19,11,3,61,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7,56,48,40,32,24,16,8,0,58,50,42,34,26,18,10,2,52,44,36,28,20,12,4,62,54,46,38,30,22,14,6;for(inti=1;i<=64;i+)mipi=mipi-1+1;voidIP2(boolm,boolmip)intip64=(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

16、,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(inti=1;i<=64;i+)mipi=mipi-1+1;voidZhihuan_1(boolk,boolC,boolD)(inta28=(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;intb28=(63,55,47,39,31,23,15,7,62,54,46

17、,38,30,22,14,6,61,53,45,37,29,21,13,5,28,20,12,4;inti;for(i=1;i<=28;i+)Ci=kai-1;for(i=1;i<=28;i+)Di=kbi-1;/for(i=1;i<=28;i+)cout<<Ci;cout<<endl;/for(i=1;i<=28;i+)cout<<Di;cout<<endl;voidzhihuan_2(boolC,boolD,boolk49,intq)inta48=13,16,10,23,0,4,2,27,14,5,20,9,22,18

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;inti;boolT57;for(i=1;i<=56;i+)if(i<=28)Ti=Ci;elseTi=Di-28;for(i=1;i<=48;i+)kq+1i=Tai-1+1;cout<<endl;/for(i=1;i<=48;i+)cout<<kq+1i;voidXunHuan(intx,boolC)inti;boolT29;for(i=1;i&l

19、t;29;i+)Ti=C(i+x)%28+1;for(i=1;i<29;i+)Ci=Ti;voidF(boolR,boolkk49,intx)intE48=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;intS8416=14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7,0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8,4,1,1

20、4,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0,15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13,15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10,3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5,0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15,13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9,(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,

21、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,

22、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,

23、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；inti,j,p,a1,a2,k8;boola49,b33;for(i=1;i<=48;i+)ai=REi-1+1;/f

24、or(i=1;i<=48;i+)cout<<ai;for(i=1;i<=48;i+)aiA=kkxi;/for(i=1;i<=48;i+)cout<<ai;p=1;for(i=0;i<8;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/cout<<a1<<endl;/cout<<a2<<endl;p+=6;ki=Sia1a2;/cout<<ki<<endl;p=1;for(i=0;i&l

25、t;8;i+)(switch(ki)(case0:bp+=0;bp+=0;bp+=0；bp+=0;break;case1:bp+=0;bp+=0;bp+=0;bp+=1;break;case2:bp+=0;bp+=0;bp+=1;bp+=0;break;case3:bp+=0;bp+=0;bp+=1;bp+=1;break;case4:bp+=0;bp+=1;bp+=0;bp+=0;break;case5:bp+=0;bp+=1;bp+=0;bp+=1;break;case6:bp+=0;bp+=1;bp+=1;bp+=0;break;case7:bp+=0;bp+=1;bp+=1;bp+=1

26、;break;case8:bp+=1;bp+=0;bp+=0;bp+=0;break;case9:bp+=1;bp+=0;bp+=0;bp+=1;break;case10:bp+=1;bp+=0;bp+=1;bp+=0;break;case11:bp+=1;bp+=0;bp+=1;bp+=1;break;case12:bp+=1;bp+=1;bp+=0;bp+=0;break;case13:bp+=1;bp+=1;bp+=0;bp+=1;break;case14:bp+=1;bp+=1;bp+=1;bp+=0;break;case15:bp+=1;bp+=1;bp+=1;bp+=1;break

27、;boolT33;for(i=1;i<=32;i+)Ti=bi;intP32=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;voidmain()charc17,asc9;inti,j,mout17;存放二进制密D存放圈子密boolk65,kk1749,C29,D29,m65,mip65,L33,R33,T33;/k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intz16=1,1,2

28、,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1;into;/C、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cout<<"加密按1,脱密按0:"cin>>o;cout<<"请输入密钥(16个16进制代码)："<<endl;for(i=i；i<=i6;i+)cin>>ci;ToEr(c,k);if(o=1)(cout<<"请输入明文(8个字符)："<<endl;for(i=1;i<=8;i+)cin>>asci;MtoEr(asc,m);else(cout<<&quo