DES分组加密实验报告详解

DES分组密码实验报告

一、DES算法的实现

1．DES简介

DES算法工作：如Mode为加密，则用Key 去把数据Data进行加密，生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式（64位）作为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。

2. DES算法详述

（1）DES加密标准

DES是对二元数字分组加密的分组密码算法，分组长度为64比特。每64位明文加密成64位密文，没有数据压缩和扩展，密钥长度为56比特，若输入64比特，则第8，16，24，32，40，48，56，64为奇偶校验位，所以，实际密钥只有56位。DES算法完全公开，其保密性完全依赖密钥。

DES的加密过程可表示为：

DES(m)= IP-1T16·T15…T2·T1·IP（m）.

右图面是完全16轮DES算法框图：

图1 完全16轮DES算法

1 初始置换IP

初始置换是将输入的64位明文分为8个数组，每一组包括8位，按1至64编号。

IP的置换规则如下表：

2 IP-1是IP的逆置换

由于第1位经过初始置换后，已处于第40位。逆置换就是再将第40位换回到第1位。

逆置换规则如下表所示：

初始置换IP及其逆置换IP-1并没有密码学意义，因为置换前后的一一对应关系是已知的。它们的作用在于打乱原来输入明文的ASCⅡ码字划分的关系，并将原来明文的第m8，m16，m24，m32，m40，m48，m56，m64位（校验位）变成IP的输出的一个字节。

3. DES算法的迭代过程

图中Li-1和Ri-1分别是第i-1次迭代结果的左右两部分，各32比特。即Li=Ri-1, Ri=Li-1 f(Ri-1,ki)。其中轮密钥Ki为48比特，函数F(R,K)的计算过程如图所示。轮输入的右半部分R为32比特，R首先被扩展成48比特，扩展过程由表3定义，其中将R的16个比特各重复一次。扩展后的48比特再与子密钥Ki异或，然后再通过一个S盒，产生32比特的输出。该输出再经过一个由表4定义的置换，产生的结果即为函数F(R,K)的输出。

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

表3 扩展E

ki是由64比特的初始密钥（亦称种子密钥）导出的第i轮子密钥，ki是48比特

DES算法的关键是f(Ri-1,ki)的功能，其中的重点又在S-盒（Substitution Boxes）上。F函数的输出是32比特。

图3 F函数计算过程图

将R经过一个扩展运算E变为48位，记为E（R）。计算E（R） K=B，对B施行代换S，此代换由8个代换盒组成，即S-盒。每个S-盒有6个输入，4个输出，将B依次分为8组，每组6位，记B= B1B2B3B4B5B6B7B8其中Bj作为第j个S-盒的输入，其输出为Cj，C= C1C2C3C4C5C6C7C8就是代换S的输出，所以代换S是一个48位输入，32位输出的选择压缩运算，将结果C再实行一个置换P（表4），即得F(R,K)。

其中，扩展运算E与置换P主要作用是增加算法的扩散效果。S-盒是DES算法中唯一的非线性部件，当然也就是整个算法的安全性所在。它的设计原则与过程一直因为种种不为人知的因素所限，而未被公布出来。

S-盒如下表：

S-盒的置换规则为：

取{0，1，…，15}上的4个置换，即它的4个排列排成4行，得一4*16矩阵。若给定该S盒的6个输入为b0 b1 b2 b3 b4 b5,在Si表中找出b0 b5行，b1b2b3b4列的元素，以

4位二进制表示该元素，此为S-盒Si的输出。

例1 S2的输入为101011，

b1 =1，b6=1，b1 b6=(11)2=3

(b2 b3 b4 b5)2=(0101)2=5

查S2表可知第3行第5列的输出是15，15的二进制表示为1111。

则S2的输出为1111。8个S-盒的代换方式都是一样的。

S盒输出的32比特经P置换，P置换的功能是将32位的输入，按以下顺序置换，然后输入仍为32比特。P置换的顺序如表5：

4 子密钥的生成

图4 DES子密钥生成流程图

图4给出了子密钥产生的流程图。首先对初始密钥经过置换PC-1（表2.6[7]），将初始密钥的8个奇偶校验位剔除掉，而留下真正的56比特初始密钥。

然后将此56位分为C0，D0两部分，各28比特，C0，D0如下：

C0=k57k49……k44k36

D0=k63k55……k12k4

然后分别进行一个循环左移函数LS1，得到C1，D1，将C1（28位）,D1（28位）连成56比特数据，再经过密钥置换PC-2（表7）做重排动作，从而便得到了密钥K1（48位）。依次类推，便可得到K2，K3 (16)

其中LS1（1≤i≤16）表示一个或两个位置的循环左移，当i=1，2，9，16时，移一个位置，当i=3，4，5，6，7，8，10，11，12，13，14，15时，移两个位置。

（2）DES算法的解密过程

DES算法的解密过程跟加密过程是一样的，区别仅仅在于第一次迭代时用密钥k16，第二次k15、……，最后一次用k1，算法本身没有任何变化。

二、源代码

#include "memory.h"

#include "stdio.h"

enum {encrypt,decrypt};//ENCRYPT:加密，DECRYPT：解密

void des_run(char out[8],char in[8],bool type=encrypt);