DES_加密解密算法的C++实现--实验报告
分组密码实验报告
一、DES算法的实现
1．DES简介
本世纪五十年代以来，密码学研究领域出现了最具代表性的两大成就。其中之一就是1971年美国学者塔奇曼（Tuchman）和麦耶（Meyer）根据信息论创始人香农（Shannon）提出的“多重加密有效性理论”创立的，后于1977年由美国国家标准局颁布的数据加密标准。
DES密码实际上是Lucifer密码的进一步发展。它是一种采用传统加密方法的区组密码。它的算法是对称的，既可用于加密又可用于解密。
美国国家标准局1973年开始研究除国防部外的其它部门的计算机系统的数据加密标准，于1973年5月15日和1974年8月27日先后两次向公众发出了征求加密算法的公告。加密算法要达到的目的通常称为DES密码算法要求主要为以下四点：
提供高质量的数据保护，防止数据未经授权的泄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，同时又要便于理解和掌握DES密码体制的安全性应该不依赖于算法的保密，其安全性仅以加密密钥的保密为基础实现经济，运行有效，并且适用于多种完全不同的应用。
1977年1月，美国政府颁布：采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准（DES枣Data Encryption Standard）。
目前在这里，随着三金工程尤其是金卡工程的启动，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，以此来实现关键数据的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密传输，IC卡与POS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算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode为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。
通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key，便能更进一步提高数据的保密性，这正是现在金融交易网络的流行做法。
2. DES算法详述
（1）DES加密标准
现如今，依靠Internet的分布式计算能力，用穷举密钥搜索攻击方法破译已成为可能。数据加密标准DES已经达到它的信任终点。但是作为一种Feistel加密算法的例子仍然有讨论的价值。
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。
它的缺点就在于密钥太短。
设明文串m=m1m2...m64；密钥串k=k1k2 (64)
在后面的介绍中可以看到k8,k16,k24,k32,k40,k48,k56,k64实际上是不起作用的。
DES的加密过程可表示为：
DES(m)= IP-1T16·T15…T2·T1·IP（m）.
下面是完全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：
表1 IP置换规则
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 21 13 5
63 55 47 39 31 23 15 7
即将输入的第58位换到第1位，第50位换到第2位……，依次类推，最后一位是原来的第7位。
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：
表2 IP-1置换
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
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2 DES算法的迭代过程图
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1.5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。
表3 扩展E
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
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：
表4 S-盒函数
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 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 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 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 5 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 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
S7 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 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 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
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：
表5 置换P
16 7 20 21
29 12 28 17
1 15 23 26
5 18 31 10
2 8 24 14
32 27 3 9
19 13 30 6
22 11 4 25
4 子密钥的生成
图4 DES 子密钥生成流程图 初始密钥K （64bit ） PC-1 C 0（28bit ） D 0（28bit ） LS 1 LS 1
C 1
D 1 LS 2 LS 2 LS 16 LS 16 C 16 D 16 PC-2 PC-2 K 16
K 1
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。
表3.6 密钥置换PC-1
57 49 41 33 25 17 9
1 58 50 4
2 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
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)
表7 密钥置换PC-2
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 45 33 48
44 49 39 56 34 53
46 42 50 36 29 32
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、DES算法用C++语言实现
1.设置密钥函数des_setkey()
此函数的功能是由64比特的密钥产生16个子密钥ki。首先将密钥字节组key[8]转换为64比特的位组，然后进行密钥变换PC-1（祥见PC-1置换表）,置换后得到56比特的密
钥，把变换后的密钥等分成两部分,前28位记为C0, 后28位记为D0。将C0，D0进行LS1运算，LS1是循环左移运算。得到C1 ，D1，最后将其进行PC-2置换（见PC-2置换表），得到子密钥k1.然后依次按循环左移LSi(I=2~16，循环次数见循环左移规则)， PC-2置换得到k2~ k16。
void des_setkey(const char key[8]);
static void f_func(bool in[32],const bool ki[48]);//f函数
static void s_func(bool out[32],const bool in[48]);//s盒代替
//变换
static void transform(bool *out, bool *in, const char *table, int len);
static void xor(bool *ina, const bool *inb, int len);//异或
static void rotatel(bool *in, int len, int loop);//循环左移
2. f函数和S函数f_func()和s_func()
此函数的功能是DES算法的关键，f是将32比特的输入转化为32比特的输出。
这个两个函数中主要用到以下函数：
（1） transform()
此函数是通用置换函数，根据具体情况确定要执行哪种置换。在f函数中，先用于E 置换，然后进行P置换。
void transform(bool *out,bool *in,const char *table,int len)
{
static bool tmp[256];
for(int i=0;i tmp[i]=in[table[i]-1]; memcpy(out,tmp,len); } （2）e_table() E置换表，作用是将32比特的输入扩展为48比特。 E输出的48比特的数据跟生成的子密钥进行异或运算，然后把得到的48比特的数据按顺序分成8组，每组6比特，分别通过S1, S2 ,……，S8盒后又缩为32比特，即每盒输入为6比特，输出为4比特。将输出的32比特的数据经P置换，最后得到32比特的数据。static const char e_table[48]={ 32， 1， 2， 3， 4， 5，4， 5， 6， 7， 8， 9，8， 9，10，11，12，11，12，13，14，15，16，17，16，17，18，19，20，21，20，21，22，23，24，25，24，25，26，27，28，29，28，29，30，31，32， 1}。 （3）s_box S盒。 void s_func(bool out[32],const bool in[48]) { for(char i=0,j,k;i<8;i++,in+=6,out+=4) { j=(in[0]<<1)+in[5]; k=(in[1]<<3)+(in[2]<<2)+(in[3]<<1)+in[4]; bytetobit(out,&s_box[i][j][k],4); } } （4）p_table() P置换表。const static char p_table[32]={16,7,20,21,29,12,28,17,1,15,23,26,5,18,31,10,2,8,24,14,32,27,3,9,1 9,13,30,6,22,11,4,25}。 （5）xor() 此函数的功能是进行异或运算，异或运算是按位作不进位加法运算。 void xor(bool *ina,const bool *inb,int len) { for(int i=0;i ina[i]^=inb[i]; } （6） bytetobit() 此函数的功能是将输入的字节组转换为位组。 void bytetobit(bool *out,const char *in,int bits) { for(int i=0;i out[i]=(in[i/8]>>(i%8)) &1; } 与此相关的还有函数ttobyte() 此函数的功能是将位组转换字节组。 void bittobyte(char *out,const bool *in,int bits) { memset(out,0,(bits+7)/8); for(int i=0;i out[i/8]|=in[i]<<(i%8); } 3. DES算法的运行函数des_run( ) 这个函数整个算法运行程序的最主要部分。这个函数用于加密还是解密取决于type的类型，如果type为encrypt,则进行加密；如果type的类型为decrypt，则进行解密。void des_run(char out[8],char in[8], bool type) { static bool m[64],tmp[32],*li=&m[0], *ri=&m[32]; bytetobit(m,in,64); transform(m,m,ip_table,64); if(type==encrypt){ for(int i=0;i<16;i++){ memcpy(tmp,ri,32); f_func(ri,subkey[i]); xor(ri,li,32); memcpy(li,tmp,32); } }else{ for(int i=15;i>=0;i--){ memcpy(tmp,li,32); f_func(li,subkey[i]); xor(li,ri,32); memcpy(ri,tmp,32); } } transform(m,m,ipr_table,64); bittobyte(out,m,64); } 这个函数用到以下函数： （1） bytetobit() 此函数的功能是将输入的字节组转换为位组。 （2） transform() 此函数是通用置换函数，根据具体情况确定要执行哪种置换。 （3） memcpy() 此函数是库函数，主要作用是进行内存单元的复制。 （4） f_func() 此函数是des_run()函数运行的关键，是将32比特的输入转化为32比特的输出（5）xor() 此函数的功能是进行异或运算，异或运算是按位作不进位加法运算。 （6）bittobyte() 此函数的功能是将位组转换字节组。 4. DES算法的主函数void main() 主函数的流程： void main() { char key[8]={'p','r','o','g','r','a','m'},str[8]; puts("*****************DES***********************"); printf("\n"); printf("\n"); puts("please input your words"); gets(str); printf("\n"); puts("****************************************"); des_setkey(key); des_run(str,str,encrypt); puts("after encrypting:"); puts(str); printf("\n"); puts("****************************************"); puts("after decrypting:"); des_run(str,str,decrypt); puts(str); printf("\n"); puts("****************************************"); printf("\n"); } 此函数贯穿整个函数。首先是初设密钥，然后调用密钥设置函数des_setkey()和DES 算法的运行函数des_run()，最后得出密文以及解密后的文字。 三、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); //设置密钥 void des_setkey(const char key[8]); static void f_func(bool in[32],const bool ki[48]);//f函数 static void s_func(bool out[32],const bool in[48]);//s盒代替 //变换 static void transform(bool *out, bool *in, const char *table, int len); static void xor(bool *ina, const bool *inb, int len);//异或 static void rotatel(bool *in, int len, int loop);//循环左移 //字节组转换成位组 static void bytetobit(bool *out,const char *in, int bits); //位组转换成字节组 static void bittobyte(char *out, const bool *in, int bits); //置换IP表 conststatic char ip_table[64]={58,50,42,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,62,54,46,38,30,22,1 4,6,64,56,48,40,32,24,16,8,57,49,41,33,25,17,9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,61,53,4 5,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7}; //逆置换IP-1表 const static char ipr_table[64]={40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,31,38,6,46,14,54,22,6 2,30,37,5,45,13,53,21,61,29,36,4,44,12,52,20,60,28,35,3,43,11, 51,19,59,27,34,2 ,42,10,50,18,58,26,33,1,41,9,49,17,57,25}; //E 位选择表 static const char e_table[48]={32,1, 2, 3, 4, 5,4, 5, 6, 7, 8, 9,8, 9, 10,11,12,13,12,13,14,15,16,17,16,17,18,19,20,21,20,21,22,23,24,25,24,25,26,27,2 8,29,28,29,30,31,32,1}; //P换位表 const static char p_table[32]={16,7,20,21,29,12,28,17,1,15,23,26,5,18,31,10,2,8,24,14,32,27,3,9,1 9,13,30,6,22,11,4,25}; //pc1选位表 const static char pc1_table[56]={ 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 }; //pc2选位表 const static char pc2_table[48]={ 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, 51,45,33,48,44,49,39,56, 34,53,46,42,50,36,29,32 }; //左移位数表 const static char loop_table[16]={1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1}; //S盒 const static char s_box[8][4][16]={ //s1 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, 14, 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, //s2 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, //s3 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, 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, 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, //s6 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, //s7 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, 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, //s8 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 }; static bool subkey[16][48];//16圈子密钥 void des_run(char out[8],char in[8], bool type) { static bool m[64],tmp[32],*li=&m[0], *ri=&m[32]; bytetobit(m,in,64); transform(m,m,ip_table,64); if(type==encrypt){ for(int i=0;i<16;i++){ memcpy(tmp,ri,32); f_func(ri,subkey[i]); xor(ri,li,32); memcpy(li,tmp,32); } }else{ for(int i=15;i>=0;i--){ memcpy(tmp,li,32); f_func(li,subkey[i]); xor(li,ri,32); memcpy(ri,tmp,32); } } transform(m,m,ipr_table,64); bittobyte(out,m,64); } void des_setkey(const char key[8]) { static bool k[64], *kl=&k[0], *kr=&k[28]; bytetobit(k,key,64); transform(k,k,pc1_table,56); for(int i=0;i<16;i++) { rotatel(kl,28,loop_table[i]); rotatel(kr,28,loop_table[i]); transform(subkey[i],k,pc2_table,48); } } void f_func(bool in[32],const bool ki[48]) { static bool mr[48]; transform(mr,in,e_table,48); xor(mr,ki,48); s_func(in,mr); transform(in,in,p_table,32); } void s_func(bool out[32],const bool in[48]) { for(char i=0,j,k;i<8;i++,in+=6,out+=4) { j=(in[0]<<1)+in[5]; k=(in[1]<<3)+(in[2]<<2)+(in[3]<<1)+in[4]; bytetobit(out,&s_box[i][j][k],4); } } void transform(bool *out,bool *in,const char *table,int len) { static bool tmp[256]; for(int i=0;i tmp[i]=in[table[i]-1]; memcpy(out,tmp,len); } void xor(bool *ina,const bool *inb,int len) { for(int i=0;i ina[i]^=inb[i]; } void rotatel(bool *in,int len,int loop) { static bool tmp[256]; memcpy(tmp,in,loop); memcpy(in,in+loop,len-loop); memcpy(in+len-loop,tmp,loop); } void bytetobit(bool *out,const char *in,int bits) { for(int i=0;i out[i]=(in[i/8]>>(i%8)) &1; } void bittobyte(char *out,const bool *in,int bits) { memset(out,0,(bits+7)/8); for(int i=0;i out[i/8]|=in[i]<<(i%8); } void main() { char key[8]={'p','r','o','g','r','a','m'},str[8]; puts("*****************DES***********************"); printf("\n"); printf("\n"); puts("please input your words"); gets(str); printf("\n"); puts("****************************************"); des_setkey(key); des_run(str,str,encrypt); puts("after encrypting:"); puts(str); printf("\n"); puts("****************************************"); puts("after decrypting:"); des_run(str,str,decrypt); puts(str); printf("\n"); puts("****************************************"); printf("\n"); } DES算法实验报告 姓名：学号：班级： 一、实验环境 1．硬件配置：处理器（英特尔Pentium双核E5400 @ 2.70GHZ 内存：2G） 2．使用软件： ⑴操作系统：Windows XP 专业版32位SP3(DirectX 9.0C) ⑵软件工具：Microsoft Visual C++ 6.0 二、实验涉及的相关概念或基本原理 1、加密原理 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。 三、实验内容 1、关键代码 ⑴子密钥产生 ⑵F函数以及加密16轮迭代 2、DES加密算法的描述及流程图 ⑴子密钥产生 在DES算法中，每一轮迭代都要使用一个子密钥，子密钥是从用户输入的初始密钥产生的。K是长度为64位的比特串，其中56位是密钥，8位是奇偶校验位，分布在8，16，24，32，40，48，56，64比特位上，可在8位中检查单个错误。在密钥编排计算中只用56位，不包括这8位。子密钥生成大致分为：置换选择1（PC-1）、循环左移、置换选择2（PC-2）等变换，分别产生16个子密钥。 DES解密算法与加密算法是相同的，只是子密钥的使用次序相反。 ⑵DES加密算法 DES密码算法采用Feistel密码的S-P网络结构，其特点是：加密和解密使用同一算法、 现代密码学 实验报告 学生姓名 学号 专业班级计算机科学与技术指导教师段桂华 学院信息科学与工程学院完成时间2016年4月 实验一密码算法实验 [实验目的] 1.掌握密码学中经典的对称密码算法AES、RC4的算法原理。 2.掌握AES、RC4的算法流程和实现方法。 [实验预备] 1.AES算法的基本原理和特点。 2.流密码RC4的密钥流生成以及S盒初始化过程。 [实验内容] 1. 分析AES、RC4的实现过程。 2. 用程序设计语言将算法过程编程实现。 3. 完成字符串数据的加密运算和解密运算 输入十六进制明文：11223344556677889900AABBCCDDEEFF 输入十六进制密钥：13579BDF02468ACE1234567890ABCDEF [实验步骤] 1. 预习AES、RC4算法。 2. 写出算法流程，用程序设计语言将算法过程编程实现。 3. 输入指定的明文、密钥进行实验，验证结果。 4. 自己选择不同的输入，记录输出结果。 写出所编写程序的流程图和运行界面、运行结果。 一、AES算法 1、AES算法简介 AES 是一种可用来保护电子数据的新型加密算法。特别是，AES 是可以使用128、192 和 256 位密钥的迭代式对称密钥块密码，并且可以对 128 位（16 个字节）的数据块进行加密和解密。与使用密钥对的公钥密码不同的是，对称密钥密码使用同一个密钥来对数据进行加密和解密。由块密码返回的加密数据与输入数据具有相同的位数。迭代式密码使用循环结构来针对输入数据反复执行排列和置换运算。 2、算法实现及流程 以加密函数为例，如下所示，首先对密钥进行预处理密钥扩展，然后明文进行Nr（Nr与密钥长度有关）次迭代运算，包括字节替换SubBytes、移位行运算ShiftRows、混合列运算MixColumns、以及轮秘钥加密AddRoundKey。 实验报告 课程：计算机保密_ _ 实验名称：数据的加密与解密_ _ 院系(部)：计科院_ _ 专业班级：计科11001班_ _ 学号： 201003647_ _ 实验日期： 2013-4-25_ _ 姓名： _刘雄 _ 报告日期： _2013-5-1 _ 报告评分：教师签字： 一. 实验名称 数据加密与解密 二.运行环境 Windows XP系统 IE浏览器 三.实验目的 熟悉加密解密的处理过程，了解基本的加密解密算法。尝试编制基本的加密解密程序。掌握信息认证技术。 四.实验内容及步骤 1、安装运行常用的加解密软件。 2、掌握加解密软件的实际运用。 *3、编写凯撒密码实现、维吉尼亚表加密等置换和替换加解密程序。 4、掌握信息认证的方法及完整性认证。 （1）安装运行常用的加解密软件,掌握加解密软件的实际运用 任务一：通过安装运行加密解密软件（Apocalypso.exe；RSATool.exe；SWriter.exe等（参见：实验一指导））的实际运用，了解并掌握对称密码体系DES、IDEA、AES等算法，及非对称密码体制RSA等算法实施加密加密的原理及技术。 ?DES：加密解密是一种分组加密算法，输入的明文为64位，密钥为56位，生成的密文为64位。 ?BlowFish：算法用来加密64Bit长度的字符串或文件和文件夹加密软件。 ?Gost(Gosudarstvennyi Standard)：算法是一种由前苏联设计的类似DES算法的分组密码算法。它是一个64位分组及256位密钥的采用32轮简单迭代型加密算法. ?IDEA：国际数据加密算法：使用128 位密钥提供非常强的安全性； ?Rijndael：是带有可变块长和可变密钥长度的迭代块密码（AES 算法）。块长和密钥长度可以分别指定成128、192 或256 位。 ?MISTY1：它用128位密钥对64位数据进行不确定轮回的加密。文档分为两部分：密钥产生部分和数据随机化部分。 ?Twofish：同Blowfish一样，Twofish使用分组加密机制。它使用任何长度为256比特的单个密钥，对如智能卡的微处理器和嵌入在硬件中运行的软件很有效。它允许使用者调节加密速度，密钥安装时间，和编码大小来平衡性能。 ?Cast-256：AES 算法的一种。 （同学们也可自己下载相应的加解密软件，应用并分析加解密过程） 任务二：下载带MD5验证码的软件（如：https://www.360docs.net/doc/a613286333.html,/downloads/installer/下载（MySQL）：Windows (x86, 32-bit), MSI Installer 5.6.11、1.5M；MD5码: 20f788b009a7af437ff4abce8fb3a7d1），使用MD5Verify工具对刚下载的软件生成信息摘要，并与原来的MD5码比较以确定所下载软件的完整性。或用两款不同的MD5软件对同一文件提取信息摘要，而后比较是否一致，由此可进行文件的完整性认证。 信息安全实验报告 题目DES算法 姓名学号 专业年级计算机科学与技术2014级（1）班指导教师 2016年12 月10日 一、实验目的 了解DES加密算法及原理，掌握其基本应用。 二、实验容 DES加密算法的JAVA实现 三、实验原理 DES算法由加密、子密钥和解密的生成三部分组成。现将DES算法介绍如下。 1．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=m1m2…m64 (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2-1所示： 图2-1：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（初始置换）后，得到的比特串的下标列表如下： 表2-1：得到的比特串的下标列表 58 50 42 34 26 18 10 2 IP 60 52 44 36 28 20 12 4 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 21 13 5 63 55 47 39 31 23 15 7 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。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（终结置换）后所得比特串的下标列表如下： 表2-2：置换后所得比特串的下标列表 IP-1 40 8 48 16 56 24 64 32 南京信息工程大学实验（实习）报告实验（实习）名称对称密码实验（实习）日期得分指导教师 系计软院专业网络工程年2011 班次 1 姓名学号20111346026 一．实验目的 1.理解对称加密算法的原理和特点 2.理解DES算法的加密原理 二．实验内容 第一阶段：初始置换IP。在第一轮迭代之前，需要加密的64位明文首先通过初始置换IP 的作用，对输入分组实施置换。最后，按照置换顺序，DES将64位的置换结果分为左右两部分，第1位到第32位记为L0，第33位到第64位记为R0。 第二阶段：16次迭代变换。DES采用了典型的Feistel结构，是一个乘积结构的迭代密码算法。其算法的核心是算法所规定的16次迭代变换。DES算法的16才迭代变换具有相同的结构，每一次迭代变换都以前一次迭代变换的结果和用户密钥扩展得到的子密钥Ki作为输入；每一次迭代变换只变换了一半数据，它们将输入数据的右半部分经过函数f后将其输出，与输入数据的左半部分进行异或运算，并将得到的结果作为新的有半部分，原来的有半部分变成了新的左半部分。用下面的规则来表示这一过程（假设第i次迭代所得到的结果为LiRi）: Li = Ri-1; Ri = Li-1⊕f(Ri-1,Ki);在最后一轮左与右半部分并未变换，而是直接将R16 L16并在一起作为未置换的输入。 第三阶段：逆（初始）置换。他是初始置换IP的逆置换，记为IP-1。在对16次迭代的结果（R16 L16）再使用逆置换IP-1后，得到的结果即可作为DES加密的密文Y输出，即Y = IP-1 （R16 L16） 三．流程图&原理图 流程图 DES原理图 四川大学计算机学院、软件学院实验报告 学号：：专业：班级：第10 周 在程序运行读取需要加密的图片时，需要进行图片的选取，本次实验中使用在弹窗中选取文件的方式，使用头文件commdlg.h来实现在文件夹中选择需要的文件的选取。 三、加密算法流程 AES加密算法流程如下 字节代替：用一个S盒完成分组的字节到字节的代替； 行移位：进行一次行上的置换； 列混合：利用有限域GF(28)上的运算特性的一个代替； 轮密钥加：当前分组和扩展密钥的一部分进行按位异或。 四、代码实现 cryptograph.h #include DES算法及其程序实现 一．D ES算法概述 ①DES算法为密码体制中的对称密码体制，又被成为美国数据加密标准，是1972年美国IBM公司研制的对称密码体制加密算法。明文按64位进行分组，密钥长64位，密钥事实上是56位参与DES运算（第8、16、24、32、40、48、56、64位是校验位，使得每个密钥都有奇数个1）分组后的明文组和56位的密钥按位替代或交换的方法形成密文组的加密方法。 ②DES算法的特点：分组比较短、密钥太短、密码生命周期短、运算速度较慢。 ③DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，它所使用的密钥也是64位，整个算法的主流程图如下： 二．D ES算法的编程实现 #include const static char ip[] = { //IP置换 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, 21, 13, 5, 63, 55, 47, 39, 31, 23, 15, 7 }; const static char fp[] = { //最终置换 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 }; const static char sbox[8][64] = { //s_box /* S1 */ 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, 14, 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, /* S2 */ 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, /* S3 */ 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, 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, 8, 9, 4, 5, 11, 12, 7, 2, 14, 苏州科技学院 实验报告 学生姓名：杨刘涛学号：1220126117 指导教师：陶滔 刘学书1220126114 实验地点：计算机学院大楼东309 实验时间：2015-04-20 一、实验室名称：软件实验室 二、实验项目名称：DES加解密算法实现 三、实验学时：4学时 四、实验原理： DES算法由加密、子密钥和解密的生成三部分组成。现将DES算法介绍如下。1．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=m1m2…m64 (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： 图2-1：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（初始置换）后，得到的比特串的下标列表如下： 表2-1：得到的比特串的下标列表 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。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（终结置换）后所得比特串的下标列表如下： 表2-2：置换后所得比特串的下标列表 经过置换IP-1后生成的比特串就是密文e。 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2-2所示： 实验报告 学号：姓名：专业：班级：第10周 简介 #in elude vstri ng> #in elude static void SubBytes( unsigned char p[16]); static void inSubBytes( unsigned char p[16]); static void ShiftRows( unsigned char e[]); static void inShiftRows( unsigned char e[]); static void MatrixToByte( unsigned char e[]); static void inMatrixToByte( unsigned char e[]); static unsigned char FFmul( unsigned char a, unsigned char b); static void KeyAdding( unsigned char state[16], unsigned char k[][4]); static void KeyExpansion( unsigned char* key, unsigned char w[][4][4]); ~plai ntext(); private : }； #in elude "" using namespacestd; static unsigned char sBox[] = {}; /定义加密S盒/ unsigned char insBox[256] ={}; //定义解密S盒 pla in text ::plai ntext() { unsigned int p[16]; for (int j = 0; j<200; j++) { p[i] = a[i]; a[i] = a[i + 16]; } void pla in text ::createpla in text( un sig ned char a[]) // 仓U建明文 int i = 0; if ( a[j] == 0) for (; i<16; i++) 实验名称DES算法实验报告实验（实习）日期________得分 ______ 指导教师沈剑 计算机系专业软件工程年级 11 班次3 __________姓名张渊学号 931 1、实验目的 理解对称加解密算法的原理和特点 理解DES算法的加解密原理 2、D ES算法详述 DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，它所使用的密钥也是64位,其功能是把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32 位，其置换规则见下表： 58,50,12,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4, 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, 61,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7, 即将输入的第58位换到第一位，第50位换到第2位，……，依此类推，最后一位是原来的第7位。L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0是右32位， 例：设置换前的输入值为D1D2D3? D64,则经过初始置换后的结果为：L0=D550 (8) R0=D57D49 (7) 经过26次迭代运算后，得到L16、R16,将此作为输入，进行逆置换，即得到密文输出。逆置换正好是初始置的逆运算，例如，第1位经过初始置换后，处于第40位，而通过逆置 换，又将第40位换回到第1位，其逆置换规则如下表所示： 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, 放大换位表 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, 单纯换位表 16,7,20,21,29,12,28,17, 1,15,23,26, 5,18,31,10, DES加密算法 一、实验目的 1、理解对称加密算法的原理和特点 2、理解DES算法的加密原理 二、实验步骤 第一阶段：64位明文进行初始置换IP（initial permutation） 第二阶段：在密钥控制下16轮迭代 第三阶段：交换左右32比特 IP 第四阶段：初识逆置换1 三、实验原理 对称密钥机制即对称密钥体系，也称为单钥密码体系和传统密码体系。对称密码体系通常分为两大类，一类是分组密码（如DES、AES算法），另一类是序列密码（如RC4算法）。对称密码体系加密和解密时所用的密钥是相同的或者是类似的，即由加密密钥可以很容易地推导出解密密钥，反之亦然。同时在一个密码系统中，我们不能假定加密算法和解密算法是保密的，因此密钥必须保密。发送信息的通道往往是不可靠的或者不安全的，所以在对称密码系统中，必须用不同于发送信息的另外一个安全信道来发送密钥。 四、实验内容 第一阶段：置换规则如下矩阵，即将输入的第58位换到第一位，第50位换到第2位，...，依此类推，最后一位是原来的第7位。L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是 输出的左32位，R0 是右32位，例：设置换前的输入值為D1D2D3 (64) 则经过初始置换后的结果為：L0=D550...D8；R0=D57D49 (7) 第二阶段： 1、变换密钥 取得64位的密钥，每个第8位作为奇偶校验位，舍弃64位密钥中的奇偶校验位，根据下表PC-1进行密钥变换得到56位的密钥。将变换后的密钥分为两个部分，开始的28位称为C0，最后的28位成为D0。然后同时将C0、D0循环左移1位形成C1、D1。C1D1经过PC-2从56位中选出48位输出，即为K1。循环左移LSi（i=1,2,……,16）分别是： 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1C1、D1分别循环左移LS2位，再合并，经过PC-2，生成子密钥K2。依次类推直至K16形成。 2、加密数据 将32位的RI-1按下表（E）扩展为48位的EI-1： 异或Ei-1和Ki，即E[i-1] XOR K[i]，将异或后的结果分为8个6位长的部分，第1 DES算法实验报告 导读：就爱阅读网友为您分享以下“DES算法实验报告”的资讯，希望对您有所帮助，感谢您对https://www.360docs.net/doc/a613286333.html,的支持! 实验报告 姓名：xxxx 学号：0XXXXX 班级：XXXXXXX 日期：2013/11/* 题目：DES算法实验 一、实验环境 1．硬件配置： 处理器：Inter(R) Core(TM) i5-2430M CPU @ 2.40GHz (4 CPUs) ,~2.4GHz 内存：2048MB RAM 2．使用软件： (1) 操作系统：win7 旗舰版 (2) 软件工具： Microsoft Visual c++ 6.0 二、实验涉及的相关概念或基本原理 DES是一个分组密码算法，使用64位密钥（除去8位奇偶校验，实际密钥长度为56位）对64比特的数据分组（二进制数据）加密，产生64位密文数据。DES是一个对称密码体制，加密和解密使用同意密钥，解密和加密使用同一算法（这样，在硬件与软件设计时有利于加密单元的重用）。DES 的所有的保密性均依赖于密钥。 DES的加密过程可分为加密处理,加密变换和子密钥生成几个部分组成。 1.加密处理过程(1)初始置换IP。加密处理首先要对64位的明文按表1所示的初始换位表IP进行变换。表中的数值表示输入位被置换后的新位置。 (2)加密处理。上述换位处理的输出，中间要经过16轮加密变换。初始置换的64位的输出作为下一次的输入，将64位分为左、右两个32位，分别记为L0和R0，从L0、R0到L16、R16，共进行16轮加密变换。其中，经过i轮处理后的点左右32位分别为Li和Ri则可做如下定义: Li=Ri-1 Ri=Li-1 ⊕F(Ri-1，K) 其中，F为F变换 (3)最后换位。进行16轮的加密变换之后，将L16和R16合成64位的数据，再按照表2所示的最后换位表进行IP-1的换位，得到64位的密文，这就是DES算法加密的结果。 2.加密变换过程 64位的密钥先由置换选择1减少至56六位，进行循环左移，然后通过置换选择2减少至48位。而通过扩展运算将32位按表3扩展换位表扩展为48位的右半部分通过异或操作和48位的密钥结合，并分成6位的8个分组，通过8个S-盒 实验报告 课程名称电子商务安全 实验项目名称实验二DES加密算法 班级与班级代码07电商1班072511031 实验室名称（或课室）实验大楼809 专业 2007电子商务1班 任课教师 学号：072511031 姓名： 机器号码：3组F（周二） 实验日期：2010年10月19 日 广东商学院教务处制 姓名汪江实验报告成绩 评语： 指导教师（签名） 年月日说明：指导教师评分后，实验报告交院（系）办公室保存。 实验二 DES加密算法 实验目的 1、理解对称加密算法的原理和特点。 2、理解DES和AES算法的加密原理。 实验原理 DES是一种分组加密算法，所谓分组加密算法就是对一定大小的明文或密文来做加密或解密动作。而在DES这个加密系统中，每次加密或解密的分组大小均为64位，所以DES没有密文扩充的问题。对大于64位的明文只要按每64位一组进行切割，而对小于64位的明文只要在后面补“0”即可。 另一方面，DES所用的加密或解密密钥也是64位大小，但因其中有8个位是用来作奇偶校验的，所以64位中真正起密钥作用的只有56位，密钥过短也是DES最大的缺点。 DES加密与解密所用的算法除了子密钥的顺序不同外，其他部分完全相同。 实验设备 Windows虚拟机 CIS工具箱——该实验使用加密解密工具。 实验步骤 step 1：输入明文数据和密钥是一样的，都为本人的学号后8位（51103119）。明文和密钥要求键盘输入8个字符，在系统里换算成asc码就变成16进制的16个字符实验结果。如图1所示。 图1 step 2：点击“密钥生成演示”，可以得到第一次迭代后的64位密钥、 56位密钥、Ci 、Di 、Ci+1、Di+1、子密钥。如图2所示。 图2 64位密钥的二进制矩阵如下： 56位压缩密钥的二进制矩阵如下： Ci 的二进制矩阵如下： Di 的二进制矩阵如下： 实验二非对称密码算法RSA 一、实验目的 通过实际编程了解非对称密码算法RSA的加密和解密过程，加深对非对称密码算法的认识。 二、实验环境 运行Windows或Linux操作系统的PC机，具有gcc(Linux)、VC(Windows)等C语言编译环境。 三、实验内容和步骤 1)编写一个程序，随机选择3个较大的数x、e、n，然后计算xe mod n， 记录程序运行时间。实际中应用的素数为512位，n也就为1024位。 这样的大数在计算机上如何表示、如何进行运算，查阅资料给出简单说明。 RSA依赖大数运算，目前主流RSA算法都建立在512位到1024位的大数运算之上，所以我们在现阶段首先需要掌握1024位的大数运算原理。 大多数的编译器只能支持到64位的整数运算，即我们在运算中所使用的整数必须小于等于64位，即：0xffffffffffffffff也就是 18446744073709551615，这远远达不到RSA的需要，于是需要专门建立大数运算库来解决这一问题。 最简单的办法是将大数当作字符串进行处理，也就是将大数用10进制字 符数组进行表示，然后模拟人们手工进行“竖式计算”的过程编写其加减乘除函数。但是这样做效率很低，因为1024位的大数其10进制数字个数就有数百个，对于任何一种运算，都需要在两个有数百个元素的数组空间上做多重循环，还需要许多额外的空间存放计算的进位退位标志及中间结果。当然其优点是算法符合人们的日常习惯，易于理解。 另一种思路是将大数当作一个二进制流进行处理，使用各种移位和逻辑操作来进行加减乘除运算，但是这样做代码设计非常复杂，可读性很低，难以理解也难以调试。 (2)计算机在生成一个随机数时，并不一定就是素数，因此要进行素性检测。 是否有确定的方法判定一个大数是素数，要查阅资料，找出目前实际可行的素数判定法则，并且比较各自的优缺点。 所谓素数，是指除了能被1和它本身整除而不能被其他任何数整除的数。 根据素数的定义，只需用2到N-1去除N，如果都除不尽则N是素数，结束知其循环。由此得算法1。 （1）flay=0,i=2. /*flay为标志，其初值为0，只要有一个数除尽，其值变为1. （2）If n mod i=0 then flay=l else i=i+1/* n mod i是n除以i的余数. （3）If flay=0 and I<=n-1 then(2) else go (4) （4）If flay=0 then write“n是素数。”else write“不是素数” 最坏的情形下，即N是素数时，算法1需要执行N-2次除法，时间复杂 实验报告 姓名：陈清扬学号：2051313 班级：信息安全日期：2011-04-23 AES加密算法 一、实验环境 1．硬件配置：酷睿i3cpu ，2G内存 2．使用软件： (1) 操作系统：windows7旗舰版 (2) 软件工具：visualc++6.0 二、AES涉及的相关概念或基本原理 简介： 密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。 密码说明： 严格地说，AES和Rijndael加密法并不完全一样（虽然在实际应用中二者可以互换），因为Rijndael加密法可以支援更大范围的区块和密钥长度：AES的区块长度固定为128 位元，密钥长度则可以是 128，192或256位元；而Rijndael使用的密钥和区块长度可以是32位元的整数倍，以128位元为下限，256位元为上限。加密过程中使用的密钥是由Rijndael密钥生成方案产生。大多数AES计算是在一个特别的有限域完成的。AES加密过程是在一个4×4的字节矩阵上运作，这个矩阵又称为“体（state）”，其初值就是一个明文区块（矩阵中一个元素大小就是明文区块中的一个Byte）。（Rijndael加密法因支援更大的区块，其矩阵行数可视情况增加）加密时，各轮AES加密循环（除最后一轮外）均包含4个步骤： 1AddRoundKey—矩阵中的每一个字节都与该次回合金钥（round key）做XOR运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。 2SubBytes—透过一个非线性的替换函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。 3ShiftRows—将矩阵中的每个横列进行循环式移位。 4MixColumns—为了充分混合矩阵中各个直行的操作。这个步骤使用线性转换来混合每行内的四个字节。 最后一个加密循环中省略MixColumns步骤，而以另一个AddRoundKey取代。 安全性： 截至2006年，针对AES唯一的成功攻击是旁道攻击。旁道攻击不是攻击密码本身，而是攻击那些实作于不安全系统上的加密系统。 程序设计实践 加密解密程序实验报告 课题概述 1.1课题目标和主要内容： 利用MFC类或者win32编写windows程序，实现加密解密的功能。 1.2系统的主要功能： 1．实现用户界面友好的操作。 2.具有对称编码体制，可以实现： i.凯撒密码：能够自定义密钥，自由输入明文，进行加密、解密，在对话框中返回加密和 解密后的内容。 ii.置换密码：能够自定义密钥，自由输入明文，经矩阵变换进行加密、解密，在对话框中返回加密和解密后的内容 iii.对称加密DES：用MFC调用WIN32编写的程序，在用户友好界面操作的同时显示程序加密，解密结果。 3.具有非对称编码体制： i. RSA加密解密：随机产生p，q，经检验是否互质，若不互质接着产生两个随机数，直 到二者互质为止。自动生成p,q,N及加密解密的密钥，可以自由输入明文，返回加密、 解密的内容。 ii. MD5消息摘要计算：用MFC调用WIN32编写的程序，在用户友好界面操作的同时显示程序的加密结果。 4.信息隐藏技术： 用LSB在图片（bmp格式，任意位置的图片）中写入信息，读取信息并显示出来，可 以擦除信息。可以自定义密钥。 5. AES加密解密：用MFC调用WIN32编写的程序，在用户友好界面操作的同时显示程序 加密，解密结果。 6. 以上的所有对文字加密解密的方法（除LSB以外其余所有方法），都可以用于文件加 密，解密，并能够及时保存加密，解密的信息到一个TXT文档，可以存在用户想存放 的地方。 7.更多： 链接了一个可加密解密，功能更为齐全的网站，若是上述方法不能满足用户需求， 可以在程序运行的窗口中点击相应按钮，在联网的条件下进行在线加密解密。 一、系统设计 2.1系统总体框架： 2.2主要的层次逻辑为： 第九章、实验报告 实验一、设置Windows启动密码 一、实验目的：利用Windows启动密码保存重要文件。 二、实验步骤： 1、在Windows XP系统中选择开始——运行，在打开输入框中“syskey.exe”,点击确定，打开“保证Windows XP账户数据库的安全”对话框。 2、单击【更新】，打开【启动密码】对话框，然后输入密码，在【确认】文本框中再次输入密码，单击【确定】 实验二、为word文档加密解密 一、实验目的:保护数据的安全 二、实验步骤： 1、打开一个需要加密的文档，选择【工具】——【选项】——【安全性】然后输入想要设置打开文件时所需的密码 2、单击【高级(A)】打开加密类型对话框，选中【加密文档属性】复选框，单击【确定】。 3、打开文件的【确认密码】对话框，输入打开文件时需要的密码，单击【确定】，随即打开【确认密码】对话框，输入密码。 4、保存文件后，重新打开Word文档，打开【密码】，输入打开文件所需的密码，单击【确定】输入修改的密码，单击【确定】 破解word密码 （1）安装Advanced Office Password Recovery软件，安装完成后打开需要破解的word文档，进行暴力破解，结果如图所示： 实验三、使用WinRAR加密解密文件 一．实验目的：加密文件，保证文件的安全性。 二．实验步骤： 1、在需要加密的文件夹上右击，选中【添加到压缩文件】打开【压缩文件名和参数】 2、选中【压缩文件格式】组合框中的【RAR】并在【压缩选项】中选中【压缩后删除源文件】然后切换到【高级】，输入密码，确认密码。 3、关闭对话框，单击确定，压缩完成后，双击压缩文件，系统打开【输入密码对话框】 破解WinRAR加密的文件 （1）安装Advanced RAR Password Recovery软件，打开WinRAR加密文件，进行暴力破解，获得密码。结果如图： 实验四：使用文件夹加密精灵加密文件夹 一、实验目的：对文件进行加密，保证其安全性 二、实验步骤： 1、安装文件夹加密精灵软件，设置登录密码。重新选择【文件加密精灵】，出现登录框。如图 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o。根据o的不同值，提示用户输入8个字符（加密）或16个16进制 数（脱密）。输入的明文或密文转化为二进制数后储存到布尔型数组m[65]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mip[65]中。函数思想为查表，含有一个整形变量数组ip[64]，保存初始变换表IP 。将mip 的第i 位赋值为m 的第ip[i]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。 64 bit 密钥去掉每个字节的最高位得到56 bit 密钥输入，通过置换选择1变换得到 0C 和0D 各28 bit ，通过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k[64]，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，程序使用串行方法，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。zhihuan_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kk[17][49] 中。kk[i][48]表示第i 圈的圈子密钥。原理图如图1所示。 脱密（o=0时）需要将圈子密钥交换，此时可利用kk[0][49]充当中间变量，无需定义新的变量减少了系统开销。DES算法实验报告
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