《计算机安全技术》
实验报告
一、实验内容：des加密解密算法实现
二、实验环境：
1、操作系统：Windows XP及以上
2、编程工具：Visual C++ 6.0
三、实验原理：
DES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。
基本原理：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。
算法特点：分组比较短、密钥太短、密码生命周期短、运算速度较慢。
四、算法流程设计：
1、DES算法整体结构：
2、16轮迭代：
3、子密钥产生：
4、f函数：
五、算法实现：
1、部分函数定义：
static void F_func(bool In[], const bool Ki[]);// F 函数
static void S_func(bool Out[], const bool In[]);// S 盒代替
static void Transform(bool *Out, bool *In, const char *Table, int len);// 变换
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
static void ByteToBit(bool *Out, const char *In, int bits);// 字节组转换成位组
static void BitToByte(char *Out, const bool *In, int bits);// 位组转换成字节组
static void BitToHex(char *Out,const bool *In, int bits);// 将二进制转换为十六进制
2、主要功能模块：
void Des_SetKey(const char Key[])
{ //生成子密钥
static bool K[64], *KL = &K[0], *KR = &K[28];
ByteToBit(K, Key, 64);
for(int i=0; i<16; i++)
{
RotateL(KL, 28, LOOP_Table[i]); //循环左移
RotateL(KR, 28, LOOP_Table[i]);
Transform(SubKey[i], K, PC2_Table, 48); //PC2变换
}
}
void Des_Run(char Out1[],char Out2[], char In[], bool Type)
{ //des加密解密过程
static bool M[64], Tmp[32], *Li = &M[0], *Ri = &M[32];
ByteToBit(M, In, 64);
Transform(M, M, IP_Table, 64); //IP置换
if( Type == ENCRYPT ){ //加密
for(int i=0; i<16; i++) {
memcpy(Tmp, Ri, 32);
F_func(Ri, SubKey[i]); //F函数
Xor(Ri, Li, 32); //异或
memcpy(Li, Tmp, 32);
}
}else{ //解密
for(int i=15; i>=0; i--) {
memcpy(Tmp, Li, 32);
F_func(Li, SubKey[i]); //F函数
Xor(Li, Ri, 32); //异或
memcpy(Ri, Tmp, 32);
}
}
Transform(M, M, IPR_Table, 64); //IP-1置换
BitToByte(Out1, M, 64); //Out1为字符形式密文 BitToHex(Out2, M, 64); //Out2为十六进制数形式密文}
void F_func(bool In[], const bool Ki[])
{ //F函数
static bool MR[48];
Transform(MR, In, E_Table, 48); //E扩展
Xor(MR, Ki, 48); //异或密钥
S_func(In, MR); //S盒代换
Transform(In, In, P_Table, 32); //P置换
}
3、调试中遇到的问题及解决办法
问题：通过BitToByte()函数转换只能看到字符形式的密文，为乱码。
解决办法：增加一个二进制和十六进制之间的转换函数BitToHex()，即可输出十六进制数形式的密文。
六、实验结果：
1、测试数据：明文：“信息安全”；密钥：“北方工大”。
2、测试结果：输出字符形式和十六进制数形式的密文；解密后的明文为“信息安全”；运行结果正确。
3、需要改进的问题：该des算法程序只能加密和解密8个字符长度以内的明文或密文，密钥也为8个字符长度，实用性差。
