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摘要 (3)
一、目的与意义 (4)
二、DES概述 (5)
三、DES加解密算法原理 (7)
1.加密 (6)
2.子密钥生成 (11)
3.解密 (13)
四、加解密算法的实现 (14)
1.软件版本 (14)
2.平台 (14)
3.源代码 (14)
4.运行结果 (24)
五、总结 (25)
【摘要】1973年5月15 日，美国国家标准局（现在的美国国家标准就是研究所，即NIST）在联邦记录中公开征集密码体制，这一举措最终导致了数据加密标准（DES）的出现，它曾经成为世界上最广泛使用的密码体制。DES由IBM开发，它是早期被称为Lucifer体制的改进。DES在1975年3月17日首次在联邦记录中公布，在经过大量的公开讨论后，1977年2月15日DES被采纳为“非密级”应用的一个标准。最初预期DES作为标准只能使用10～15年；然而，事实证明DES要长寿得多。被采纳后，大约每隔5年就被评审一次。DES的最后一次评审是在1999年1月。
本文阐述了DES发展现状及对网络安全的重要意义，并在此基础上对DES算法原理进行详细的介绍和分析。通过应用DES算法加解密的具体实现，进一步加深对DES算法的理解，论证了DES算法具有加密快速且强壮的优点，适合对含有大量信息的文件进行加密，同时分析了DES算法密钥过短（56位）所带来的安全隐患。
【关键词】DES 加密解密明文密文
一、目的与意义
随着计算机和通信网络的广泛应用，信息的安全性已经受到人们的普遍重视。信息安全已不仅仅局限于政治，军事以及外交领域，而且现在也与人们的日常生活息息相关。现在，密码学理论和技术已得到了迅速的发展，它是信息科学和技术中的一个重要研究领域。在近代密码学上值得一提的大事有两件：一是1977年美国国家标准局正式公布实施了美国的数据加密标准（DES），公开它的加密算法，并批准用于非机密单位及商业上的保密通信。密码学的神秘面纱从此被揭开。二是Diffie和Hellman联合写的一篇文章“密码学的新方向”，提出了适应网络上保密通信的公钥密码思想，拉开了公钥密码研究的序幕。
DES（Data Encryption Standard）是IBM公司于上世纪1977年提出的一种数据加密算法。在过去近三十年的应用中，还无法将这种加密算法完全、彻底地破解掉。而且这种算法的加解密过程非常快，至今仍被广泛应用，被公认为安全的。虽然近年来由于硬件技术的飞速发展，破解DES已经不是一件难事，但学者们似乎不甘心让这样一个优秀的加密算法从此废弃不用，于是在DES的基础上有开发了双重DES （DoubleDES,DDES）和三重DES（Triple DES,TDES）。
在国内，随着三金工程尤其是金卡工程的启动，DES 算法在POS、A TM、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 码加密传输，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加密体制是ISO颁布的数据加密标准。
因此研究DES还是有非常重要的意义。
二、DES概述
DES的前身是IBM的Lucifer算法，后经美国联邦采用这个算法后更名为数据加密标准。
DES是一种块加密算法，每块长64比特。DES的密钥长度也是64比特，但由于其中的8，16，24，32，48，56，64为作为奇偶校验位，所以实际的密钥只有56比特。DES利用了香农提出的混淆和扩散的概念。DES共有16论，每一轮都进行混淆和扩散。
DES主要有三个步骤：
利用初始置换函数IP对64比特明文块进行初始置换。将初始置换的输出分成联邦，分别表示为左明文L0和右明文R0。
进行16次迭代，迭代规则如下：Li=Ri,Ri=Li-1⊕f(Ri-1,Ki)。其中Li和Ri分别表示第i轮的左半部和右半部。f()是运算函数，Ki是长为48位的子密钥。子密钥K1,K2,……，K16是根据56比特的密钥K计算而来的。
对比特串R16L16使用逆置换IP-1得到密文。
在DES被提出时，曾出现过很多批评，其中之一就是针对S盒。DES里的所有计算，除了S盒，全是线性的也就是说，计算两个输出的异或与先将两个对应输入异或再计算其输出是相同的。作为非线性部分，S 盒对密码体制的安全性至关重要。在DES刚提出时就有人怀疑S盒里隐藏了“陷门（trapdoor）”，而美国国家安全局能够轻易的解密消息。当然，无法否定这样的猜测，但到目前为止也没有任何证据能证明DES
里有陷门。事实上，后来表明DES里的S盒是被设计来防止模型攻击的。对DES最中肯的批评是，密钥空间的规模是256，对实际安全而言确实太小了。对于穷举法，一台每毫秒执行一次DES加密的计算机需要一千年才能破解密文。然而，早在1977年Diffie和Hellman就指出，若用现有技术造一台并行机，它带有1百万个加密机，每个加密机都可以每毫秒执行一次DES加密，那么穷举时间大约10小时。他们估计这台计算机造价两千万。1998年7月当EFF(Electronic Frontier Foundation)宣布一台造价不到25万美元、为特殊目的设计的“DES破译机”破译了DES时，DES终于被清楚地证明是不安全的。
三、DES算法加解密原理
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。
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：
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：
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：
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。其过程如图所示：
f变换说明：输入Ri-1(32比特)经过变换E（扩展置换E）后，膨胀为48比特。膨胀后的比特串的下标列表如下：
膨胀后的比特串分为8组，每组6比特。各组经过各自的S盒后，又变为4比特(具体过程见后)，合并后又成为32比特。该32比特经过P变换（压缩置换P）后，其下标列表如下：
经过P变换后输出的比特串才是32比特的f（Ri-1,Ki）.
S盒的变换过程: 任取一S盒。见图：
在其输入b1,b2,b3,b4,b5,b6中，计算出x=b1*2+b6, y=b5+b4*2+b3*4+b2*8，再从Si表中查出x 行，y 列的值Sxy。将Sxy化为二进制，即得Si盒的输出。（S表如图所示）
以上是DES算法加密原理
加密过程实现(JA V A主要源代码）
输入64位明文串，经过IP置换：
for (i = 0; i < 64; i++) {
M[i] = timeData[IP[i] - 1];
}
迭代(由于各次迭代的方法相同只是输入输出不同，因此以任意一次为例)：首先进行S盒的运算。
输入32位比特串, 经过E变换，由32位变为48位：
for (i = 0; i < 48; i++) {
RE[i] = R0[E[i] - 1];
与keyarray[times][i]按位作不进位加法运：
RE[i] = RE[i] + keyarray[times][i];
if (RE[i] == 2) {
RE[i] = 0;
}
48位分成8组：
for(i=0;i<8;i++){
for(j=0;j<6;j++){
S[i][j]=RE[(i*6)+j];}
}
经过S盒，得到8个数：
sBoxData[i] = S_Box[i][(S[i][0] << 1) + S[i][5]][(S[i][1] << 3)
+ (S[i][2] << 2) + (S[i][3] << 1) + S[i][4]];
将8个数变换输出二进制：
for (j = 0; j < 4; j++) {
sValue[((i * 4) + 3) - j] = sBoxData[i] % 2;
sBoxData[i] = sBoxData[i] / 2;
}
经过P变换：
RP[i] = sValue[P[i] - 1];
至此，S盒运算完成
左右交换：
L1[i] = R0[i];
R1[i] = L0[i] + RP[i];
Ri为Li-1与f(R,K)进行不进位二进制加法运算结果：
R1[i] = L0[i] + RP[i];
if (R1[i] == 2) {
R1[i] = 0;
}
各次迭代类似，可以依此类推。
2、子密钥的生成
64比特的密钥生成16个48比特的子密钥。其生成过程见图：
子密钥生成过程
具体解释如下：64比特的密钥K，经过PC-1（置换A）后，生成56比特的串。其下标如表所示：
该比特串分为长度相等的比特串C0和D0。然后C0和D0分别循环左移1位，得到C1和D1。C1和D1合并起来生成C1D1。C1D1经过PC-2（置换B）变换后即生成48比特的K1。K1的下标列表为：
C1、D1分别循环左移LS2位，再合并，经过PC-2，生成子密钥K2……依次类推直至生成子密钥K16。注意：Lsi (I =1,2,….16)的数值是不同的。具体见下表：
子密钥的生成（JA V A源代码）：
输入64位K，经过PC-1变为56位：
for (i = 0; i < 56; i++) {
K0[i] = key[PC_1[i] - 1];
}
56位的K0，均分为28位的C0，D0。C0，D0生成K1和C1，D1（以下几次迭代方法相同，仅以生成任意一次为例）：
if (offset == 1) {
for (i = 0; i < 27; i++) { // 循环左移一位
c1[i] = c0[i + 1];
d1[i] = d0[i + 1];
}
c1[27] = c0[0];
d1[27] = d0[0];
} else if (offset == 2) {
for (i = 0; i < 26; i++) { // 循环左移两位
c1[i] = c0[i + 2];
d1[i] = d0[i + 2];
}
c1[26] = c0[0];
d1[26] = d0[0];
c1[27] = c0[1];
d1[27] = d0[1];
}
for (i = 0; i < 28; i++) {
k[i] = c1[i]; //生成子密钥ki
k[i + 28] = d1[i];
}
注意：生成的子密钥不同，所需循环左移的位数也不同。在编程中，生成不同的子密钥应以上述offset表为准。
3解密
DES的解密过程和DES的加密过程完全类似，只不过将16圈的子密钥序列K1，K2……K16的顺序倒过来。即第一圈用第16个子密钥K16，第二圈用K15，其余类推。
第一圈：
加密后的结果
L=R15, R=L15⊕f(R15,K16)⊕f(R15,K16)=L15
同理R15=L14⊕f(R14,K15), L15=R14。
同理类推：
得L=R0, R=L0。
其程序源代码与加密相同。
四、加解密算法的实现
1 软件版本：jdk1.6.0, JCreator Pro v3.5.013 汉化版
2 平台:Windows XP
3 源代码：
public class DesUtil {
byte[] bytekey;
public DesUtil(String strKey) {
this.bytekey = strKey.getBytes();
}// 声明常量字节数组
private static final int[] IP = {
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
}; // 64
private static final int[] IP_1 = { 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 }; // 64
private static final int[] 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 }; // 56
private static final int[] 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 }; // 48
private static final int[] 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 }; // 48 private static final int[] 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 }; // 32
private static final int[][][] S_Box = {//S-盒
{// S_Box[1]
{ 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_Box[2]
{ 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_Box[3]
{ 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_Box[4]
{ 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_Box[5]
{ 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_Box[6]
{ 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_Box[7]
{ 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_Box[8]
{ 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 } }
};
private static final int[] LeftMove = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2,2, 2, 2, 1 };
// 左移位置列表
private byte[] UnitDes(byte[] des_key, byte[] des_data, int flag) {
// 检测输入参数格式是否正确，错误直接返回空值（null）
if ((des_key.length != 8) || (des_data.length != 8)|| ((flag != 1) && (flag != 0))) {
throw new RuntimeException("Data Format Error !");
}
int flags = flag;// 二进制加密密钥
int[] keydata = new int[64];// 二进制加密数据
int[] encryptdata = new int[64]; // 加密操作完成后的字节数组
byte[] EncryptCode = new byte[8];// 密钥初试化成二维数组
int[][] KeyArray = new int[16][48];// 将密钥字节数组转换成二进制字节数组
keydata = ReadDataToBirnaryIntArray(des_key);// 将加密数据字节数组转换成二进制字节数组encryptdata = ReadDataToBirnaryIntArray(des_data);// 初试化密钥为二维密钥数组KeyInitialize(keydata, KeyArray); // 执行加密解密操作
EncryptCode = Encrypt(encryptdata, flags, KeyArray);
return EncryptCode;
}// 初试化密钥数组
private void KeyInitialize(int[] key, int[][] keyarray) {
int i;
int j;
int[] K0 = new int[56];// 特别注意：xxx[IP[i]-1]等类似变换
for (i = 0; i < 56; i++) {
K0[i] = key[PC_1[i] - 1]; // 密钥进行PC-1变换
}
for (i = 0; i < 16; i++) {
LeftBitMove(K0, LeftMove[i]); // 特别注意：xxx[IP[i]-1]等类似变换for (j = 0; j < 48; j++) {
keyarray[i][j] = K0[PC_2[j] - 1]; // 生成子密钥keyarray[i][j]
}
}
} // 执行加密解密操作
private byte[] Encrypt(int[] timeData, int flag, int[][] keyarray) {
int i;
byte[] encrypt = new byte[8];
int flags = flag;
int[] M = new int[64];
int[] MIP_1 = new int[64];
// 特别注意：xxx[IP[i]-1]等类似变换
for (i = 0; i < 64; i++) {
M[i] = timeData[IP[i] - 1]; // 明文IP变换
}
if (flags == 1) { // 加密
for (i = 0; i < 16; i++) {
LoopF(M, i, flags, keyarray);
}
} else if (flags == 0) { // 解密
for (i = 15; i > -1; i--) {
LoopF(M, i, flags, keyarray);
}
}
for (i = 0; i < 64; i++) {
MIP_1[i] = M[IP_1[i] - 1]; // 进行IP-1运算
}
GetEncryptResultOfByteArray(MIP_1, encrypt);// 返回加密数据return encrypt;
}
private int[] ReadDataToBirnaryIntArray(byte[] intdata) {
int i;
int j;
// 将数据转换为二进制数，存储到数组int[] IntDa = new int[8];
for (i = 0; i < 8; i++) {
IntDa[i] = intdata[i];
if (IntDa[i] < 0) {
IntDa[i] += 256;
IntDa[i] %= 256;
}
}
int[] IntVa = new int[64];
for (i = 0; i < 8; i++) {
for (j = 0; j < 8; j++) {
IntVa[((i * 8) + 7) - j] = IntDa[i] % 2;
IntDa[i] = IntDa[i] / 2;
}
}
return IntVa;
}
private void LeftBitMove(int[] k, int offset) { int i;
// 循环移位操作函数
int[] c0 = new int[28];
int[] d0 = new int[28];
int[] c1 = new int[28];
int[] d1 = new int[28];
for (i = 0; i < 28; i++) {
c0[i] = k[i];
d0[i] = k[i + 28];
}
if (offset == 1) {
for (i = 0; i < 27; i++) { // 循环左移一位
c1[i] = c0[i + 1];
d1[i] = d0[i + 1];
}
c1[27] = c0[0];
d1[27] = d0[0];
} else if (offset == 2) {
for (i = 0; i < 26; i++) { // 循环左移两位
c1[i] = c0[i + 2];
d1[i] = d0[i + 2];
}
c1[26] = c0[0];
d1[26] = d0[0];
c1[27] = c0[1];
d1[27] = d0[1];
}
for (i = 0; i < 28; i++) {
k[i] = c1[i];
k[i + 28] = d1[i];
}
}
private void LoopF(int[] M, int times, int flag, int[][] keyarray) {
int i;
int j;
int[] L0 = new int[32];
int[] R0 = new int[32];
int[] L1 = new int[32];
int[] R1 = new int[32];
int[] RE = new int[48];
int[][] S = new int[8][6];
int[] sBoxData = new int[8];
int[] sValue = new int[32];
int[] RP = new int[32];
for (i = 0; i < 32; i++) {
L0[i] = M[i]; // 明文左侧的初始化
R0[i] = M[i + 32]; // 明文右侧的初始化
}
for (i = 0; i < 48; i++) {
RE[i] = R0[E[i] - 1]; // 经过E变换扩充，由32位变为48位
RE[i] = RE[i] + keyarray[times][i]; // 与KeyArray[times][i]按位作不进位加法运算if (RE[i] == 2) {
RE[i] = 0;
}
}
for (i = 0; i < 8; i++) { // 48位分成8组
for (j = 0; j < 6; j++) {
S[i][j] = RE[(i * 6) + j];
}
// 下面经过S盒，得到8个数
sBoxData[i] = S_Box[i][(S[i][0] << 1) + S[i][5]][(S[i][1] << 3)
+ (S[i][2] << 2) + (S[i][3] << 1) + S[i][4]];
// 8个数变换输出二进制
for (j = 0; j < 4; j++) {
sValue[((i * 4) + 3) - j] = sBoxData[i] % 2;
sBoxData[i] = sBoxData[i] / 2;
}
}
for (i = 0; i < 32; i++) {
RP[i] = sValue[P[i] - 1]; // 经过P变换
L1[i] = R0[i]; // 右边移到左边
R1[i] = L0[i] + RP[i];
if (R1[i] == 2) {
R1[i] = 0;
}
// 重新合成M，返回数组M
// 最后一次变换时，左右不进行互换。此处采用两次变换实现不变
if (((flag == 0) && (times == 0)) || ((flag == 1) && (times == 15))) {
M[i] = R1[i];
M[i + 32] = L1[i];
}
else {
M[i] = L1[i];
M[i + 32] = R1[i];
}
}
}
private void GetEncryptResultOfByteArray(int[] data, byte[] value) {
int i;
int j; // 将存储64位二进制数据的数组中的数据转换为八个整数（byte）for (i = 0; i < 8; i++) {
for (j = 0; j < 8; j++) {
value[i] += (data[(i << 3) + j] << (7 - j));
}
}
for (i = 0; i < 8; i++) {
value[i] %= 256;
if (value[i] > 128) {
value[i] -= 255;
}
}
}
private byte[] ByteDataFormat(byte[] data, int flag) {
int len = data.length;
int padlen = 8 - (len % 8);
int newlen = len + padlen;
byte[] newdata = new byte[newlen];
System.arraycopy(data, 0, newdata, 0, len);
for (int i = len; i < newlen; i++)
newdata[i] = (byte) padlen;
return newdata;
}
public byte[] DesEncrypt(byte[] des_data, int flag) {
byte[] format_key = ByteDataFormat(bytekey, flag);
byte[] format_data = ByteDataFormat(des_data, flag);
int datalen = format_data.length;
int unitcount = datalen / 8;
byte[] result_data = new byte[datalen];
for (int i = 0; i < unitcount; i++) {
byte[] tmpkey = new byte[8];
byte[] tmpdata = new byte[8];
System.arraycopy(format_key, 0, tmpkey, 0, 8);
System.arraycopy(format_data, i * 8, tmpdata, 0, 8);
byte[] tmpresult = UnitDes(tmpkey, tmpdata, flag);
System.arraycopy(tmpresult, 0, result_data, i * 8, 8);
} // 当前为解密过程，去掉加密时产生的填充位
byte[] decryptbytearray = null;
if (flag == 0) {
int total_len = datalen;
int delete_len = result_data[total_len - 8 - 1];
delete_len = ((delete_len >= 1) && (delete_len <= 8)) ? delete_len : 0;
decryptbytearray = new byte[total_len - delete_len - 8];
boolean del_flag = true;
for (int k = 0; k < delete_len; k++) {
if (delete_len != result_data[total_len - 8 - (k + 1)])
del_flag = false;
}
if (del_flag == true) {
System.arraycopy(result_data, 0, decryptbytearray, 0, total_len- delete_len - 8);
}
}
return (flag == 1) ? result_data : decryptbytearray;
}
public static void main(String[] args) {
String key = "这是密钥";
String data = "这是明文";
DesUtil desUtil = new DesUtil(key);
System.err.println("加密前明文：" + data);
// 加密后的byte型的密文
byte[] result = desUtil.DesEncrypt(data.getBytes(), 1);
System.err.println("加密后密文：" + new String(result));
// 下句直接把byte类型的密文解密
System.err.println("解密后明文："+ new String(desUtil.DesEncrypt(result, 0))); }
}
4 运行结果
五、总结
本文的论述是基于DES算法分析的实现，DES的工作模式，DES的安全性及其应用，重点对DES对DES 算法的流程做一个详细的描述，对算法的数学基础和函数描述也有比较详细的描述，应用JA V A语言实现DES的最基本的核心算法，从而对DES有更深的理解。
通过此次课程设计，不仅使自己对信息安全有了初步了解，同时使自己编程能力有了较大的提高。基本掌握了JA VA结构化程序设计。并且熟悉掌握了密码学中一个重要的算法—DES密码算法，并且通过JA V A 工具编程实现。
但是由于对JA V A的图形用户界面的设计理解不深，编写的窗口无法对时间进行处理，最终只有放弃编写窗口。
参考文献
1[加] Douglas R.Stinson 著冯登国译Cryptography Theory and Practice (Second Edition) 电子工业出版社2006.
2[美] William Stallings 著孟庆树王丽娜傅建明等译Cryptography and Network Security Principles and Practices,Fourth Edition 电子工业出版社2007.
3郝玉洁刘贵松秦科晏华编著信息安全概论电子科技大学出版社2007.
4耿祥义张跃平编著Java2实用教程清华大学出版社2008.
5雍俊海编著Java程序设计教程（第2版）清华大学出版社2007.
常州工学院 计算机信息工程学院 《数据结构》课程设计报告 题目 DES加密算法的实现 班级 14软一 学号姓名王磊（组长） 学号姓名王凯旋 学号姓名陶伟 2016年01月06日
一，实验名称： DES加密算法的实现 二，实验内容： a)熟悉DES算法的基本原理； b)依据所算则的算法，编程实现该该算法； c)执行程序并分析结果； 三，实验原理 1，概述 DES是一种分组加密算法，他以64位为分组对数据加密。64位一组的明文从算法的一端输入，64位的密文从另一端输出。DES是一个对称算法：加密和解密用的是同一个算法（除密钥编排不同以外）。密钥的长度为56位(密钥通常表示为64位的数，但每个第8位都用作奇偶检验，可以忽略)。密钥可以是任意的56位数，且可以在任意的时候改变。 DES算法的入口参数有3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，是要被加密或解密的数据：Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。 DES算法的工作过程：若Mode为加密，则用Key对数据Data进行加密，生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；若Mode 为解密，则用Key对密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式（64位）作为DES的输出结果。
2，DES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，他所使用的密钥也是64位，DES对64 位的明文分组进行操作。通过一个初始置换，将明文分组分成左半部分和右半部分，各32位长。然后进行16轮相同的运算，这些相同的运算被称为函数f，在运算过程中数据和密钥相结合。经过16轮运算后左、右部分在一起经过一个置换（初始置换的逆置换），这样算法就完成了。 （1）初始置换 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， 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，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。。 （2）逆置换 经过16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换的逆运算。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。 （3）函数f(Ri,Ki)的计算 “扩展置换”是将32位放大成48位，“P盒置换”是32位到32位换位， 在（Ri,Ki）算法描述图中，选择函数功能是把6 b数据变为4 b数
目录 摘要 (3) 一、目的与意义 (4) 二、DES概述 (5) 三、DES加解密算法原理 (7) 1.加密 (6) 2.子密钥生成 (11) 3.解密 (13) 四、加解密算法的实现 (14) 1.软件版本 (14) 2.平台 (14) 3.源代码 (14) 4.运行结果 (24) 五、总结 (25)
【摘要】1973年5月15 日，美国国家标准局（现在的美国国家标准就是研究所，即NIST）在联邦记录中公开征集密码体制，这一举措最终导致了数据加密标准（DES）的出现，它曾经成为世界上最广泛使用的密码体制。DES由IBM开发，它是早期被称为Lucifer体制的改进。DES在1975年3月17日首次在联邦记录中公布，在经过大量的公开讨论后，1977年2月15日DES被采纳为“非密级”应用的一个标准。最初预期DES作为标准只能使用10～15年；然而，事实证明DES要长寿得多。被采纳后，大约每隔5年就被评审一次。DES的最后一次评审是在1999年1月。 本文阐述了DES发展现状及对网络安全的重要意义，并在此基础上对DES算法原理进行详细的介绍和分析。通过应用DES算法加解密的具体实现，进一步加深对DES算法的理解，论证了DES算法具有加密快速且强壮的优点，适合对含有大量信息的文件进行加密，同时分析了DES算法密钥过短（56位）所带来的安全隐患。 【关键词】DES 加密解密明文密文
一、目的与意义 随着计算机和通信网络的广泛应用，信息的安全性已经受到人们的普遍重视。信息安全已不仅仅局限于政治，军事以及外交领域，而且现在也与人们的日常生活息息相关。现在，密码学理论和技术已得到了迅速的发展，它是信息科学和技术中的一个重要研究领域。在近代密码学上值得一提的大事有两件：一是1977年美国国家标准局正式公布实施了美国的数据加密标准（DES），公开它的加密算法，并批准用于非机密单位及商业上的保密通信。密码学的神秘面纱从此被揭开。二是Diffie和Hellman联合写的一篇文章“密码学的新方向”，提出了适应网络上保密通信的公钥密码思想，拉开了公钥密码研究的序幕。 DES（Data Encryption Standard）是IBM公司于上世纪1977年提出的一种数据加密算法。在过去近三十年的应用中，还无法将这种加密算法完全、彻底地破解掉。而且这种算法的加解密过程非常快，至今仍被广泛应用，被公认为安全的。虽然近年来由于硬件技术的飞速发展，破解DES已经不是一件难事，但学者们似乎不甘心让这样一个优秀的加密算法从此废弃不用，于是在DES的基础上有开发了双重DES（DoubleDES,DDES）和三重DES（Triple DES,TDES）。 在国内，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 码加密传输，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加密体制是ISO颁布的数据加密标准。 因此研究DES还是有非常重要的意义。
DES加密算法分析 [摘要]DES数据加密算法是使用最广的分组加密算法，它作为最著名的保密密钥或对称密钥加密算法，在计算机密码学及计算机数据通信的发展过程中起了重要作用。本次学年论文是主要是学习介绍DES对 称密钥数据加密算法，并用c++实现。DES算法具有较高的安全性，为我们进行一般的计算机数据传输活 动提供了安全保障。 [关键词] 加密与解密，DES算法，S-盒 引言 密码学是伴随着战争发展起来的一门科学，其历史可以追溯到古代，并且还有过辉煌的经历。但成为一门学科则是近20年来受计算机科学蓬勃发展的刺激结果。今天在计算机被广泛应用的信息时代，信息本身就是时间，就是财富。如何保护信息的安全（即密码学的应用）已不再局限于军事、政治和外交，而是扩大到商务、金融和社会的各个领域。特别是在网络化的今天，大量敏感信息（如考试成绩、个人简历、体检结果、实验数据等）常常要通过互联网进行交换。（现代电子商务也是以互联网为基础的。）由于互联网的开放性，任何人都可以自由地接入互联网，使得有些不诚实者就有可能采用各种非法手段进行破坏。因此人们十分关心在网络上交换信息的安全性。普遍认为密码学方法是解决信息安全保护的一个最有效和可行的方法。有效是指密码能做到使信息不被非法窃取，不被篡改或破坏，可行是说它需要付出的代价是可以接受的。 密码是形成一门新的学科是在20世纪70年代。它的理论基础之一应该首推1949年Shannon的一篇文章“保密系统的通信理论”，该文章用信息论的观点对信息保密问题作了全面的阐述。这篇文章过了30年后才显示出它的价值。1976年，Diffie和Hellman发表了论文《密码学的新方向》，提出了公钥密码体制的新思想，这一思想引发了科技界对研究密码学的极大兴趣，大量密码学论文开始公开发表，改变了过去只是少数人关起门来研究密码学的状况。同时为了适应计算机通信和电子商务迅速发展的需要，密码学的研究领域逐渐从消息加密扩大到数字签名、消息认证、身份识别、抗欺骗协议等新课题[1]。 美国国家标准局（NBS）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，并批准用于非机密单位及商业上的保密通信。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。1977年1月，美国政府颁布：采用IBM公司1971年设计出的一个加密算法作为非机密数据的正式数据加密标准（DES : Data Encryption Standard）。DES广泛应用于商用数据加密，算法完全公开，这在密码学史上是一个创举[2]。 在密码学的发展过程中，DES算法起了非常重要的作用。本次学年论文介绍的就是分组加密技术中最典型的加密算法——DES算法。 1概述 1.1加密与解密 加密技术是基于密码学原理来实现计算机、网络乃至一切信息系统安全的理论与技术基础。简单的说，加密的基本意思是改变信息的排列形式，使得只有合法的接受才能读懂，任何他人即使截取了该加密信息也无法使用现有的手段来解读。解密是我们将密文转换成能够直接阅读的文字（即明文）的过程称为解密，它是加密的反向处理，但解密者必须利用相同类型的加密设备和密钥对密
DES加密算法的实现及应用 学生姓名：梁帅指导老师：熊兵 摘要随着信息与通信技术的迅猛发展和广泛应用，人们通过互联网进行信息交流，难免涉及到密码保护问题，这就需要使用DES加密技术来对数据进行加密保护。本课程设计介绍了DES加密的基本原理以及简单的实现方法。本课程设计基于C语言，采用DES算法技术，设计了DES加密程序，实现了DES加密解密功能。经测试，程序能正常运行，实现了设计目标。 关键词DES加密，C语言，信息交流
1 引言 1.1本文主要内容 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 DES的加密过程： 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
一、DES加密及解密算法程序源代码： #include
利用DES加密算法保护Java源代码 摘要：本文首先分析了Java源代码需要加密的原因，简要介绍了DES算法及Java密码体系和Java密码扩展，最后说明了利用DES加密算法保护Java源代码的方法及步骤。 关键词Java 加密 DES算法 Java语言是一种非常适用于网络编程的语言，它的基本结构与C++极为相似，但抛弃了C/C++中指针等内容，同时它吸收了Smalltalk、C++面向对象的编程思想。它具有简单性、鲁棒性、可移植性、动态性等特点。这些特点使得Java 成为跨平台应用开发的一种规范，在世界范围内广泛流传。 1 加密Java源码的原因 Java源代码经过编译以后在JVM中执行。由于JVM界面是完全透明的，Java类文件能够很容易通过反编译器重新转换成源代码。因此，所有的算法、类文件等都可以以源代码的形式被公开，使得软件不能受到保护，为了保护产权，一般可以有以下几种方法： （1）“模糊”类文件，加大反编译器反编译源代码文件的难度。然而，可以修改反编译器，使之能够处理这些模糊类文件。所以仅仅依赖“模糊类文件”来保证代码的安全是不够的。 （2）流行的加密工具对源文件进行加密，比如PGP （Pretty Good Privacy）或GPG（GNU Privacy Guard）。这时，最终用户在运行应用之前必须先进行解密。但解密之后，最终用户就有了一份不加密的类文件，这和事先不进行加密没有什么差别。 （3）加密类文件，在运行中JVM用定制的类装载器（Class Loader）解密类文件。Java运行时装入字节码的机制隐含地意味着可以对字节码进行修改。JVM 每次装入类文件时都需要一个称为ClassLoader的对象，这个对象负责把新的类装入正在运行的JVM。JVM给ClassLoader一个包含了待装入类（例如https://www.doczj.com/doc/6213664564.html,ng.Object）名字的字符串，然后由ClassLoader负责找到类文件，装入原始数据，并把它转换成一个Class对象。 用户下载的是加密过的类文件，在加密类文件装入之时进行解密，因此可以看成是一种即时解密器。由于解密后的字节码文件永远不会保存到文件系统，所以窃密者很难得到解密后的代码。 由于把原始字节码转换成Class对象的过程完全由系统负责，所以创建定制ClassLoader对象其实并不困难，只需先获得原始数据，接着就可以进行包含解密在内的任何转换。 2 Java密码体系和Java密码扩展 Java密码体系(JCA)和Java密码扩展(JCE)的设计目的是为Java提供与实现无关的加密函数API。它们都用factory方法来创建类的例程，然后把实际的加密函数委托给提供者指定的底层引擎,引擎中为类提供了服务提供者接口在Java中实现数据的加密/解密，是使用其内置的JCE(Java加密扩展)来实现的。Java开发工具集1.1为实现包括数字签名和信息摘要在内的加密功能，推出了一种基于供应商的新型灵活应用编程接口。Java密码体系结构支持供应商的互操作,同时支持硬件和软件实现。Java密码学结构设计遵循两个原则:(1)
北京工业大学 网络与信息安全概论 学院： 专业： 指导老师： 姓名： 学号：
目录 目录 (2) 一、DES算法的基本原理 (3) 1.1背景介绍 (3) 1.2加密原理 (3) 二、DES算法的详细步骤 (4) 2.1加密详细步骤 (4) 2.2压缩置换到56位 (5) 2.3 C0和D0的分类 (6) 2.4循环左移 (6) 2.5压缩置换 (7) 三、DES算法的实现 (7) 3.1详细设计 (8) 3.1.2加密/解密文件的预览 (8) 3.2文件的加密/解密 (9) 3.3系统测试 (11) 3.4总结 (14)
一、DES算法的基本原理 1.1背景介绍 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-Data Encryption Standard）。 DES (Data Encryption Standard)，是IBM在上个世纪70年代开发的单密钥对称加解密算法。该算法利用一个56+8奇偶校验位(第8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64位)=64位的密钥对以64位为单位的块数据进行加解密。 1.2加密原理 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。
%% 注意这是一个function .m 文件，直接复制即可 function [ out, bin, hex ] = DES( Text, key, flag ) % key and Text 是字符类型 % key ='1011101010100011110100011111001110110100111100111101000110100111' % Text ='1011101010100011110100011111001110110100111100111101000110100111' % DES(Text, key) % when flag = 0（默认），DES 加密 % when flag = 1，DES 解密 %% === initial data === %% === import 左移位数表=== LS = [1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1] ; %% === import PC-1table=== PC1 = [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 ] ; %% === import PC-2table === PC2 = [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 ] ; %% === import IP table === IP =[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 ] ; %% === import E-table === 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 ] ; %% === import P table ===
v 3DES加密算法的实现毕业论文 一、DES加密及解密算法程序源代码： #include
网络与信息安全Introduction to Network and Security ——DES 加密解密算法的C++实现 姓名： 学号： 学院： 2010年10月
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 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,
信息安全概论JAVA实现DES加密算法 学号：091401223 姓名：高玉林
Java实现DES加密算法 目录 DES算法概述 (3) DES的加密过程 (4) DES算法细节 (4) DES的解密过程 (8) 源代码与结果（使用Java实现） (9) 源代码 (9) 运行结果截图 (21) 默认密钥（“这不是密码”） (21) 用户自定义密钥（以“nuaasillydes”为例） (21) 总结 (22)
DES算法概述 DES全称为Data Encryption Standard，即数据加密标准，是一种使用密钥加密的块算法。它是ANSI的数据加密算法和ISO的DEA-1，成为一个世界范围内的标准已经近30年。尽管DES带有过去时代的特征，但是它很好的抵抗住了多年的密码分析，除可能的最强有力的敌手外，对其他的攻击仍是安全的。 DES是一个分组加密算法，它以64位为一组对数据进行加密。64位一组的明文从算法的一端输入，64位的密文从另一端输出。DES是一个对称算法：加密与解密用的是同一算法（除密钥编排不同以外）。密钥的长度为56位，通常表示为64位的数，但是每个第八位都用作奇偶校验，可以忽略。密钥可以是任意的56位的数，且可在任意的时候改变。DES的整体结构为：
DES 的加密过程 DES 的加密过程如下。 （1）64位的密钥经子密钥产生算法产生出16个子密钥K1,K2,……,K16，分别供第1次，第2次，……，第16次加密迭代使用。 （2）64位明文首先经过初始置换IP （Initial Permutation ），将数据打乱重新排列并分成左右两半。左边32位构成L ，右边32为构成R 。 （3）由加密函数f 实现子密钥k1对R0的加密，结果得到32位的数据组f （R0,K1）。F(R0,K1)再与L0异或，又得到一个32位的数据组L0?f(R0,K1)。以L0?f(R0,K1)作为第2次加密迭代的R1，以R0作为第2次加密迭代的L1。至此，第1次加密迭代结束。 （4）第2次加密迭代至第16次加密迭代分别用子密钥K1,K2,……,K16进行，其过程与第1次加密过程相同。 （5）第16次加密迭代后，左右部分并未交换，而是将R16与L16并在一起形成一个分组作为末置换（逆初始置换IP -1）的输入，将数据重新排列，便得到64位明文。至此，加密过程全部结束。 综上，可将DES 的加密过程用如下的数学表达式描述： DES 算法细节 1. 子密钥的产生 64位密钥经过密钥置换、循环左移、压缩置换等变换，产生16个子密钥。子密钥的产生过程如图所示，其中产生每一个子密钥所需的循环左移位数在表中给出。 1） 密钥置换 64位的密钥分为8个字节，每个字节的前7位是真正的密钥位，而第8位是奇偶校检位。置换选择1的矩阵在表2中给出 L i =R i-1 R i =L i-1?f(R i-1，K i )，其中i=1，2，3，……，16，?表示异或
学 院： 计算机工程学院 专 业： 计算机科学与技术 班 级： 09计3W 学 号： 09141307 姓 名： 张 赛 指导老师： 古春生 网络安全课程设计报告 JI AN GSU TEAC HERS UNIVER SITY OF TECHN OLOGY
一、DES算法的简介 DES算法的加密解密过程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。 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。 二、DES算法的实现 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......D8；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
EDA试验报告 一、实验项目名称 DES算法 二、实验目的与要求 1.掌握DES的原理和设计方法。 2.了解QuartusII硬件电路设计流程,学会利用Modelsim进行仿真。 3.加深对自顶向下设计和分模块化的了解，学会模块化的设计方法。 三、实验步骤 （一）.DES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。
其入口参数有三个:key、data、mode。key为加密解密使用的密钥，data为加密解密的数据，mode为其工作模式。当模式为加密模式时，明文按照64位进行分组，形成明文组，key用于对数据加密，当模式为解密模式时，key用于 对数据解密。实际运用中，密钥只用到了64位中的56位，这样才具有高的安全性。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，整个算法的主流程图如下: （二）、VerilogHDL实现原理 拟采用模块化设计思想，根据DES算法的流程分模
块设计实现各模块，自顶向下最终实现DES加密算法。 各模块功能及实现如下所示： 1.整体结构框架搭建，实现总体功能 module DES(input clk, input des_enable, input reset, input des_mode, input [1:64] data_i, input [1:64] key_i, output wire [1:64] data_o, output ready_o); wire [3:0] inter_num_curr; wire [1:32] R_i_var, L_i_var; wire [1:56] Key_i_var_out; wire [1:64] data_o_var_t; wire [1:32] R_i, L_i; wire [1:32] R_o, L_o; wire [1:56] Key_o; wire [1:28] C0, D0; IP IP1(.in(data_i), .L_i_var(L_i_var), .R_i_var(R_i_var)); IP_ni IP_ni(.in(data_o_var_t), .out(data_o)); pc_1 pc_1(.key_i(key_i), .C0(C0), .D0(D0)); //F(R,K) des_f des_f1(.clk(clk), .reset(reset), .des_mode(des_mode), .inter_num_i(inter_num_curr), .R_i(R_i), .L_i(L_i), .Key_i(Key_i_var_out), .R_o(R_o), .L_o(L_o), .Key_o(Key_o));
苏州科技学院电子与信息工程学院 实验报告 实验一 （实验）课程名称信息安全技术 实验名称DES加密算法的简单实现
实验报告 一、实验室名称：电子学院213机房 二、实验项目名称：DES加密算法的简单实现 三、实验学时：2学时 四、实验原理： DES的描述 DES是一种分组加密算法，他以64位为分组对数据加密。64位一组的明文从算法的一端输入，64位的密文从另一端输出。DES是一个对称算法：加密和解密用的是同一个算法（除密钥编排不同以外）。 密钥的长度为56位(密钥通常表示为64位的数，但每个第8位都用作奇偶检验，可以忽略)。密钥可以是任意的56位数，且可以在任意的时候改变。 DES算法的入口参数有3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，是要被加密或解密的数据：Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。 DES算法的工作过程：若Mode为加密，则用Key对数据Data进行加密，生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；若Mode为解密，则用Key 对密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式（64位）作为DES的输出结果。 DES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，他所使用的密钥也是64位，DES对64 位的明文分组进行操作。通过一个初始置换，将明文分组分成左半部分和右半部分，各32位长。然后进行16轮相同的运算，这些相同的运算被称为函数f，在运算过程中数据和密钥相结合。经过16轮运算后左、右部分在一起经过一个置换（初始置换的逆置换），这样算法就完成了。 （1）初始置换 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， 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，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。。 （2）逆置换
1 实验一 1、实验题目 利用C/C++编程实现DES加密算法或MD5加密算法。我选择的是用C++语言实现 DES的加密算法。 2、实验目的 通过编码实现DES算法或MD5算法，深入掌握算法的加密原理，理解其实际应用 价值，同时要求用C/C++语言实现该算法，让我们从底层开始熟悉该算法的实现过程3、实验环境 操作系统：WIN7旗舰版 开发工具：Visual Studio 2010旗舰版开发语言：C++ 4、实验原理 DES加密流程
2 如上图所示为DES的加密流程，其中主要包含初始置换，压缩换位1，压缩换位2，扩展置换，S盒置换，异或运算、终结置换等过程。初始置换是按照初始置换表将64位明文重新排列次序扩展置换是将原32为数据扩展为48位数据，它主要由三个目的：1、产生与子密钥相同的长度2、提供更长的结果，使其在加密过程中可以被压缩 3、产生雪崩效应，使得输入的一位将影响两个替换 S盒置换是DES算法中最核心的内容，在DES中，只有S盒置换是非线性的，它比DES 中其他任何一步都提供更好的安全性 终结置换与初始置换相对应，它们都不影响DES的安全性，主要目的是为了更容易将明文与密文数据一字节大小放入DES的f算法中 DES解密流程与加密流程基本相同，只不过在进行16轮迭代元算时，将子密钥生成的 K的次序倒过来进行迭代运算 5、实验过程记录 在对DES算法有了清晰的认识后，编码过程中我将其分为几个关键部分分别进行编码，最后将整个过程按顺序执行，即可完成DES的加密，代码的主要几个函数如下： 代码 // : 定义控制台应用程序的入口点。// #include "" #include "" #include
实验一 1、实验题目 利用C/C++编程实现DES加密算法或MD5加密算法。我选择的是用C++语言实现 DES的加密算法。 2、实验目的 通过编码实现DES算法或MD5算法，深入掌握算法的加密原理，理解其实际应用价值，同时要求用C/C++语言实现该算法，让我们从底层开始熟悉该算法的实现过程3、实验环境 操作系统：WIN7旗舰版 开发工具：Visual Studio 2010旗舰版开发语言：C++ 4、实验原理 DES加密流程
2 如上图所示为DES的加密流程，其中主要包含初始置换，压缩换位1，压缩换位2，扩 展置换，S盒置换，异或运算、终结置换等过程。 初始置换是按照初始置换表将64位明文重新排列次序 扩展置换是将原32为数据扩展为48位数据，它主要由三个目的： 1、产生与子密钥相同的长度 2、提供更长的结果，使其在加密过程中可以被压缩 3、产生雪崩效应，使得输入的一位将影响两个替换 S盒置换是DES算法中最核心的内容，在DES中，只有S盒置换是非线性的，它比DES 中其他任何一步都提供更好的安全性 终结置换与初始置换相对应，它们都不影响DES的安全性，主要目的是为了更容易将明文与密文数据一字节大小放入DES的f算法中 DES解密流程与加密流程基本相同，只不过在进行16轮迭代元算时，将子密钥生成的 K的次序倒过来进行迭代运算 5、实验过程记录 在对DES算法有了清晰的认识后，编码过程中我将其分为几个关键部分分别进行编码，最后将整个过程按顺序执行，即可完成DES的加密，代码的主要几个函数如下： //Byte转为Bit ByteToBit(ElemType ch,ElemType bit[8]) //Bit转为Byte BitToByte(ElemType bit[8],ElemType &ch) //初始置换 InitialEX(ElemType Inorder[64],ElemType Disorder[64]) //终结置换 AntiEx(ElemType Disorder[64]) //扩展置换 ExpandEX(ElemType RightMsg[32],ElemType ExpandMsg[48]) //16轮迭代加密 MoveLeft(ElemType C[28],ElemType D[28],ElemType L0[32],ElemType R0[32]) 3 //16轮迭代解密 mMoveLeft(ElemType C[28],ElemType D[28],ElemType L0[32],ElemType R0[32]) //生成48位子密钥 GetCD48(ElemType C[28],ElemType D[28],ElemType Secret[48]) //48位明文与子密钥进行异或运算 XOR(ElemType ExpandMsg[48],ElemType Secret[48],ElemType Result[48]) //S盒四位输出getSOut(ElemType Result[48],ElemType Sout[32]) //直接置换 DirExchange(ElemType Sout[32],ElemType DirOut[32]) //Li与Ri进行抑或运算 XORLR(ElemType DirOut[32],ElemType Left[32],ElemType Result[32]) 函数执行次序和调用关系关系如下：