c语言实现des算法des加密算法实验报告

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xx 工程大学工程大学实验报告实验报告((2015-2016 学年第一学期)学年第一学期)报告题目：报告题目： DES 加密算法加密算法 课程名称：课程名称： 密码学密码学 B 任课教员：任课教员： 专专 业：业： 学学 号：号： 姓姓 名：名： 二二 O 一六年一月十八日一六年一月十八日一、课程概述一、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。56 28281置换选择密钥?0C0D移位循环1C1D 2置换选择1k2C2D 2置换选择2k ?484816C16D2置换选择16k48移位循环移位循环移位循环移位循环移位循环图 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 T。之后进入 F 函数，F 函数原理如图 2。P R=a1 a2 …a32 S1 S8 S2 S7 S6 S4 S3 S5 E a’1 a’2 …a’48 ?K=k1 k2 …k48 图 2 F 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、迭代圈数 i。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 64 位布尔数组 m 中，m 之前用于保存明文，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、取得的成果四、取得的成果利用密钥 8FBCA 对明文加密，密文为 6B217C871EAE79D2H 结果如图 3 所示。图 3 DES 加密结果图利用密钥 8FBCA 对密文 6B217C871EAE79D2 脱密，明文为。结果如图 4 所示。图 4 DES 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。本人的程序不同于网上找的 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。二进制串与 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、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(33)至(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++语言的掌握还是不够，尤其是涉及到位运算。我也会找机会自学这一部分内容。六、附录六、附录程序代码：#include using namespace std;void ToEr(char c[],bool k[]){int i,j;j=0;for(i=1;i>o;cout>c[i];ToEr(c,k);if(o==1){cout>asc[i];MtoEr(asc,m);}else {cout>c[i];ToEr(c,m);for(i=64;i>0;i--) m[i]=m[i-1];}IP(m,mip);Zhihuan_1(k,C,D);for (i=0;i<16;i++) //用 for 控制循环 16 次{XunHuan(z[i],C); XunHuan(z[i],D);//for(j=1;j<=28;j++) cout<

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