python实现DES加密解密
2024-06-07 17:40:44
参考资料：
DES结构实现
各阶段函数结果验证
具体详细说明可以先参看参考资料，后面再补充详细的说明。
代码实现：
# 采用ECB方式加密，填充方式采用zeropadding
# 明文输入需要是ASCII在 0-255之间的字符，中文输入暂时不支持
# 密钥需要是8字节字符串
# IP置换表
IP_table=[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
]# 扩展置换表
extend_table=[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
]# S盒中的S1盒
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]
]
# S盒中的S2盒
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]
]
# S盒中的S3盒
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]
]
# S盒中的S4盒
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]
]
# S盒中的S5盒
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]
]
# S盒中的S6盒
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]
]
# S盒中的S7盒
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]
]
# S盒中的S8盒
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]
]
S = [S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8]# P盒
P_table = [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
]# 压缩置换表1，不考虑每字节的第8位，将64位密钥减至56位。然后进行一次密钥置换。
PC_1=[ 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
]# 压缩置换表2，用于将循环左移和右移后的56bit密钥压缩为48bit。
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
]
# 逆置换IP表
_IP_table=[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
]# 循环移位位数表
moveNum=[1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1]# IP置换函数
def IP(message):result = ''# 用IP表进行置换即可for i in IP_table:result += message[i-1]return result# 扩展置换函数
def extend(R0):result=''# 用扩展置换表进行置换即可for i in extend_table:result += R0[i-1]return result# S盒子压缩函数
def sbox(afterRoundKey):result = ''for m in range(0,48,6):# 通过第1位和第6位算出列号i = int(afterRoundKey[m])*2+int(afterRoundKey[m+5])# 通过第2、3、4、5位算出行号j = int(afterRoundKey[m+1])*8+int(afterRoundKey[m+2])*4+int(afterRoundKey[m+3])*2+int(afterRoundKey[m+4])result += str('{:04b}'.format(S[m//6][i][j]))return result# 轮密钥加函数
def addRoundKey(afterExtend,roundKey):result = ''for i in range(48):# 进行按位异或运算result += str(int(afterExtend[i])^int(roundKey[i]))return result# 线性置换P盒
def pbox(afterSbox):result = ''# 用P盒表进行置换即可for i in range(32):result += str(afterSbox[P_table[i]-1])return result# F函数
def F(R0,key):# 扩展将32位扩展为48位R0 = extend(R0)# 与轮密钥进行按位异或afterRoundKey = addRoundKey(R0,key)# 放入S盒压缩afterSbox = sbox(afterRoundKey)# 放入P盒进行线性替换result = pbox(afterSbox)return result#轮密钥生成
def generateKey(key):result = ''roundKey=[]# 进行第一次压缩置换，将64位密钥减至56位，即去除8个校验位for i in PC_1:result += key[i-1]# 分位左右两部分，每部分28位C0=result[:28]D0=result[28:]for i in range(16):# 按循环移位位数表进行移位操作C0=C0[moveNum[i]:]+C0[:moveNum[i]]D0=D0[moveNum[i]:]+D0[:moveNum[i]]tmp=C0+D0ret = ''# 进行第二次压缩将56位压缩减至48位for i in PC_2:ret+=tmp[i-1]# 生成轮密钥存储到列表中roundKey.append(ret)return roundKey# IP逆置换
def inverseIP(afterF):ciphertext=''# 用逆IP表进行置换即可for i in _IP_table:ciphertext+=afterF[i-1]return ciphertext# 加密函数
def encrypt(plaintext,roundKey):# 进行IP置换result = IP(plaintext)# 分左右32bitL0=result[:32]R0=result[32:]# 进行16轮加密for i in range(16):tmp=R0results = F(R0, roundKey[i])# print(results)# print(roundKey[0])R0=''for j in range(32):R0+=str(int(L0[j])^int(results[j]))L0=tmp# print(R0)# 最后一轮结束后结果要左右交换afterF = R0+L0# 进行逆IP置换得到密钥ciphertext=inverseIP(afterF)return ciphertext# 解密函数
def decrypt(ciphertext, roundKey):result = IP(ciphertext)Li = result[:32]Ri = result[32:]# 解密函数对轮密钥使用要倒序使用for i in range(15,-1,-1):tmp=Riresults = F(Ri,roundKey[i])Ri = ''for j in range(32):Ri += str(int(Li[j])^int(results[j]))Li = tmpafterF = Ri+Liplaintext = inverseIP(afterF)return plaintext# 0填充函数
def zeroPadding(message):# UTF-8解码message = list(bytes(message,'utf8'))# 先填充一个0，这使得如果明文本来就是64位仍然要填充64个0到末尾message.append(0)# 填充0到8字节的整数倍while len(message)%8!=0:message.append(0)ret = []strs=''# 分组，化为二进制串，然后没8字节分组放入ret列表中for i in range(len(message)):strs+=str('{:08b}'.format(message[i]))if (i+1)%8==0:ret.append(strs)strs=''return ret# 处理密文函数
def progress(cipher):lens=len(cipher)# 因为密文输入是16进制，所以直接按没16个字符分一组即可，最后会被解释成16*4=64bitm=lens//16ret=[]for i in range(m):ret.append(cipher[i*16:(i+1)*16])return ret# 将16进制位串变为字符
def to_chr(text):lens = len(text)# 每两个个16进制数被解释成一个ASCII码字符，2**8=256m = lens // 2lists = []for i in range(m):lists.append(text[i * 2:(i + 1) * 2])strs = ''for s in lists:tmp=int(s, 16)# 因为ascii码0不会被输入，因此认为是补位值，当存在补位值，后继必为补位值，直接舍弃即可# 对中文进行加解密时这里需要优化if tmp==0:breakstrs += chr(tmp)return strsif __name__ == "__main__":print("请选择1、加密，2、解密：")choose = input()if choose == '1':message = input("请输入要加密的文本：")key = input("请输入密钥：")keylist = list(bytes(key, 'utf8')) # 将密钥变为ascii码if len(keylist)!=8:# 密钥应该为8字节的整数倍print("错误！请输入8字节密钥！")else:key=''for i in keylist:key += str('{:08b}'.format(i)) # 将密钥的ascii码转为2进制roundKey = generateKey(key)# 生成轮密钥，用列表存储lists=zeroPadding(message) # 进行明文0填充，并分组，每64位一组cipher=''for p in lists:cipher+=encrypt(p, roundKey) # 每组分别加密，因为采用ECB方式，直接将各段加密结果链接即可cipher=str(hex(int(cipher,2)))[2:] # 将结果2进制串转化为16进制串输出print(cipher)elif choose == '2':text = input("请输入密文文本：")key = input("请输入密钥：")keylist = list(bytes(key, 'utf8'))if len(keylist)!=8:print("错误！请输入8字节密钥！")else:key = ''for i in keylist:key += str('{:08b}'.format(i))roundKey = generateKey(key)cipherlist=progress(text)plaintext=''for c in cipherlist:message = str('{:064b}'.format(int(c, 16)))tmp=decrypt(message, roundKey)if c==cipherlist[-1] and int(tmp,2)==0: # 如果当前段位最后一段且当前段值为0，认为是补位段，直接舍弃breakplaintext+=tmpplaintext=str(hex(int(plaintext,2)))[2:]plaintext = to_chr(plaintext) # 将解密结果化为字符输出print(plaintext)else:print("错误输入！")加解密结果经过在线加密验证正确：
加密：
验证结果：
解密：
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