DES加密解密课程设计报告

成都信息工程学院课程设计报告DES算法加密与解密的设计与实现课程名称：密码算法程序设计学生姓名：学生学号：专业班级：任课教师：XX年 XX 月 XX 日1背景............................................................... DES算法概述........................................................ DES算法描述........................................................ 2系统设计........................................................... 系统主要目标........................................................ 系统运行环境........................................................ 3功能需求分析....................................................... 整体功能分析........................................................ DES算法一轮的功能分析.............................................. 4模块划分........................................................... 初始置换........................................................... 轮结构............................................................. E盒扩充变换........................................................ S盒压缩变换........................................................ P盒置换............................................................ 逆初始置换......................................................... 5程序分模块实现..................................................... 将字符串转换成二进制流.............................................. 子密钥的产生........................................................ 函数的计算.......................................................... 16轮加密的实现..................................................... 把密钥，密文，明文的二进制转换为10进制............................. 解密的实现.......................................................... 程序运行界面预览.................................................... 6测试报告........................................................... 程序总体运行情况.................................................... 密钥中间过程........................................................加密过程的中间结果.................................................. 解密过程的中间结果.................................................. 7课程报告总结.......................................................1背景DES算法概述DES（Data Encryption Standard）是由美国IBM公司于20世纪70年代中期的一个密码算（LUCIFER）发展而来，在1977年1月15日，美国国家标准局正式公布实施，并得到了ISO的认可，在过去的20多年时间里，DES 被广泛应用于美国联邦和各种商业信息的保密工作中，经受住了各种密码分析和攻击，有很好的安全性。

然而，目前DES算法已经被更为安全的Rijndael 算法取代，但是DES加密算法还没有被彻底的破解掉，仍是目前使用最为普遍的对称密码算法。

所以对DES的研究还有很大价值，在国内DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，以此来实现关键的数据保密，如信用卡持卡人的PIN码加密传输，IC卡与POS 机之间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等，均用到DES算法。

DES算法是一种采用传统的代替和置换操作加密的分组密码，明文以64比特为分组，密钥长度为64比特，有效密钥长度是56比特，其中加密密钥有8比特是奇偶校验，DES的加密和解密用的是同一算法，它的安全性依赖于所用的密钥。

它首先把需要加密的明文划分为每64比特的二进制的数据块，用56比特有效密钥对64比特二进制数据块进行加密，每次加密可对64比特的明文输入进行16轮的替换和移位后，输出完全不同的64比特密文数据。

由于DES算法仅使用最大为64比特的标准算法和逻辑运算，运算速度快，密钥容易产生，适合于在大多数计算机上用软件快速实现，同样也适合于在专用芯片上实现。

DES算法描述DES算法的加密过程首先对明文分组进行操作，需要加密的明文分组固定为64比特的块。

图1-1是DES加密算法的加密流程。

图1-2是密钥扩展处理过程。

图1-1DES加密算法流程图1-2子密钥产生流程2系统设计系统主要目标（1）用C++设计一个DES加密/解密软件系统；（2）完成一个明文分组的加解密，明文和密钥是ASCII码，长度都为8个字符，输入明文和密钥，输出密文，进行加密后，能够进行正确的解密；（3）程序运行时，要求输出第15、16轮的密钥，以及第15、16轮加密或解密之后的值，16进制表示；（4）程序有良好的人机交互操作；（5）要求从两个文件分别读取明文和密钥，并在程序中输出明文及密钥；（6）要求提供所设计系统的报告及完整的软件。

系统运行环境本软件用C语言编写，编写时所用的工具主要是Microsoft Visual C++。

编辑成功后的.EXE文件可以在装有windows系统的任何计算机上使用。

测试平台：Windows 7旗舰版使用软件：Microsoft Visual C++3功能需求分析整体功能分析DES算法一轮的功能分析4模块划分初始置换首先输入64比特的明文块，按照初始置换（IP）表进行置换，DES初始置换表如图3-1所示。

图4-1 初始置换表轮结构经过DES算法第一阶段的初始置换得到的64比特块分为两部分，前32位为左半部分，后32位为右半部分，如上面图3-2所示，DES算法的论结构分为左右两部分32比特在每一轮中被独立处理。

具体过程为：下一轮左半部分32比特L L等于上一轮右半部分32比特L L−1；而下一轮右半部分的32比特L L的计算则是由上一轮右半部分L L−1和轮密钥L L输入到F函数中进行变换，变换结果与上一轮左半部分L L进行异或运算，得到L L。

因此每一轮的变换可由下面公式表示：L L=L1−1L L=L L−1⊕L(L L−1,L L)E盒扩充变换将右半部分的32比特，进行E盒扩展，扩展成为48比特。

具体变换过程为把输入的32比特按照8行4列方式依次排列，形成一个8*4矩阵，然后E盒扩展之后输出8*6矩阵。

图4-2 E盒扩展S盒压缩变换将E盒的输出与子密钥进行异或得到的48比特作为S盒的输入，进入S盒变换，48比特压缩为32比特。

S盒的安全性能是保证DES算法安全性的源泉，DES算法共有8个不同的S盒，每个S盒接受6位输入，输出4位。

8个S盒如下：P盒置换S盒输出的32比特经过P盒置换，重新编排32比特的位置。

下图为P盒置换过程。

图4-3P盒置换逆初始置换DES算法进行完16轮运算之后，需要进行逆初始置换，逆初始置换正好为初始置换的逆，如一个矩阵进行初始置换之后输出，在进行依次逆初始置换的输出结果为初始矩阵。

5程序分模块实现将字符串转换成二进制流用ToBin（）函数把输入的明文、密钥、密文转换为二进制流，其中p是输入的字符串，b是转换后的二进制流。

void To2Bin(char p[],int b[]) {int i=0,k=0;for(i=0;i<8;i++){int j=0x80;for(;j;j>>=1){if(j&p[i]){b[k++]=1;}else{b[k++]=0;}}}}子密钥的产生子密钥产生函数：SubKey（），其中参数K0为输入的密钥。

用到Replacement （）函数，此函数实现密钥PC_1置换，和PC_2置换。

Lif_move()函数实现每一轮的左移位功能。

void SubKey(int K0[]) //子密钥产生函数{int i=0;int K1[56],K2[56];int C[17][28],D[17][28];Replacement(K0,PC_1,K1,56); //密钥置换PC_1for(i=0;i<28;i++) //将PC_1输出的56比特分为左右两部分{C[0][i]=K1[i];D[0][i]=K1[i+28];}i=0;while(i<16){int j;lif_move(C[i],C[i+1],move_times[i]);lif_move(D[i],D[i+1],move_times[i]);for(j=0;j<28;j++){K2[j]=C[i+1][j];K2[j+28]=D[i+1][j];}Replacement(K2,PC_2,K[i],48); //密钥置换PC_2i++;}}函数的计算F函数为加密做准备，其中的Replacement()实现E盒扩展，P盒置换。