DES算法实现

 

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  • 实验需求
  • 算法原理
  • 总体结构
  • 模块分析
    • 求子钥K1–K16
    • 求L16R16
    • 生成密文
  • 数据结构
  • C语言源码重要函数
  • 实验结果

实验需求

算法原理

DES算法为密码体制中的对称密码体制，又被称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。

总体结构

1. 求子钥K1–K16 
   K –> 置换得K+ –> 得C0，D0 –> 左移求C1D1–C16D16 –> 置换得K1–K16

2. 利用子钥求L16R16 
   (1)M–> 置换得M+ –> 得L0，R0

   (2)进入16次循环： 
   Rn拓展置换（32->48）–> 结果异或Kn+1 –> 异或后结果进入S盒（48->32）–> S盒输出进行P置换 –> 结果异或Ln –> 结果赋给Rn+1，Ln+1 = Rn

   (3)得到L1R1–L16R16

3. 生成密文 
   L16R16 –> R16L16 –>位置交换表置换得密文

4. 解密过程 
   解密过程基本与加密过程相同，不过，加密利用子钥的顺序为K1—K16，解密过程利用子钥的顺序为K16—K1。

模块分析

求子钥K1–K16

1. 将密钥KEY(64位)转换成8*8矩阵便于后续计算
2. 舍弃奇偶校验位得8*7矩阵K
3. 通过8*7的交换规则表(perm_key),输入矩阵K，输出结果K+
4. 将K+(8*7)，上下分解为C0,D0(4*7)两个矩阵
5. 根据下表，在每一轮Cn,Dn被赋值为Cn-1左移x位后的结果。重复16次得C1D1 – C16D16

1. Kn = CnDn(n = 1,2,……,16)
2. 通过8*6的交换规则表(perm_K),输入矩阵Kn(n = 1,2,……,16)，输出结果Kn+(n = 1,2,……,16)
3. 子钥为Kn+(n = 1,2,……,16)

求L16R16

1. 将密钥M(64位)转换成8*8矩阵便于后续计算
2. 通过8*8的交换规则表(perm_ip),输入矩阵M，输出结果M+
3. 将M+(8*8)，上下分解为L0,R0(4*8)两个矩阵
4. 进入循环，循环次数为16,(n = 1,2,……,16)： 
   (1)通过6*8的交换规则表(perm_R),输入矩阵Rn(8*4)，输出结果Rn+(8*6) 
   (2)Rn+ = R+ 异或 Kn+1(子钥) 
   (3)通过4*16的S盒(perm_S),输入矩阵Rn+(8*6)，输出结果Rn+(8*4)。 
   S盒具体规则如下： 
   ① 对于矩阵Rn+(8*6),每一行6个为一组，共8组。 
   ② 针对每组的6位数，每组中第一位和最后一位组成的二进制代表S盒行数，中间4位组成的数代表列数。 
   ③根据行数列数，对应相应组数的S盒中的十进制数 
   ④将十进制数转为4位二进制数，替代该组中原6位二进制数 
   (4)通过8*4的P盒(perm_P),输入矩阵Rn+，输出结果Rn+ 
   (5)Rn+ = Rn+ 异或Ln 
   (6)Rn+1 = Rn+ Ln+1 = Rn
5. 经过16次循环得，L16、R16

生成密文

1. 将R16(8*4)、L16(8*4)，合并成LR(8*8)
2. 通过8*8的交换规则表(perm_LR),输入矩阵LR，输出结果LR+
3. 将LR+(8*8).转换成16进制数(long long)，得到密文

数据结构

1. 所有密码变化均用二维数组存储，方便变化计算 
   ‘’
2. 所有规则交换表，P盒，S盒均存储为二维数组，与步骤1统一方便计算 
   ‘’ 
    ‘’ 
    ‘’
3. 16位密码存储采用long long 
   ”

C语言源码重要函数

实验结果

加密过程

解密过程

代码实现

https://github.com/pygmelion/DES-