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DES分组加密实验报告详解

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DES分组密码实验报告一、DES算法的实现1．DES简介DES算法工作：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。

2. DES算法详述（1）DES加密标准DES是对二元数字分组加密的分组密码算法，分组长度为64比特。

每64位明文加密成64位密文，没有数据压缩和扩展，密钥长度为56比特，若输入64比特，则第8，16，24，32，40，48，56，64为奇偶校验位，所以，实际密钥只有56位。

DES算法完全公开，其保密性完全依赖密钥。

DES的加密过程可表示为：DES(m)= IP-1T16·T15…T2·T1·IP（m）.右图面是完全16轮DES算法框图：图1 完全16轮DES算法1 初始置换IP初始置换是将输入的64位明文分为8个数组，每一组包括8位，按1至64编号。

IP的置换规则如下表：2 IP-1是IP的逆置换由于第1位经过初始置换后，已处于第40位。

逆置换就是再将第40位换回到第1位。

逆置换规则如下表所示：初始置换IP及其逆置换IP-1并没有密码学意义，因为置换前后的一一对应关系是已知的。

它们的作用在于打乱原来输入明文的ASCⅡ码字划分的关系，并将原来明文的第m8，m16，m24，m32，m40，m48，m56，m64位（校验位）变成IP的输出的一个字节。

3. DES算法的迭代过程图中Li-1和Ri-1分别是第i-1次迭代结果的左右两部分，各32比特。

即Li=Ri-1, Ri=Li-1 f(Ri-1,ki)。

其中轮密钥Ki为48比特，函数F(R,K)的计算过程如图所示。

轮输入的右半部分R为32比特，R首先被扩展成48比特，扩展过程由表3定义，其中将R的16个比特各重复一次。

扩展后的48比特再与子密钥Ki异或，然后再通过一个S盒，产生32比特的输出。

该输出再经过一个由表4定义的置换，产生的结果即为函数F(R,K)的输出。

4 5 6 7 8 98 9 10 11 12 1312 13 14 15 16 1716 17 18 19 20 2120 21 22 23 24 2524 25 26 27 28 2928 29 30 31 32 1表3 扩展Eki是由64比特的初始密钥（亦称种子密钥）导出的第i轮子密钥，ki是48比特DES算法的关键是f(Ri-1,ki)的功能，其中的重点又在S-盒（Substitution Boxes）上。

F函数的输出是32比特。

图3 F函数计算过程图将R经过一个扩展运算E变为48位，记为E（R）。

计算E（R） K=B，对B施行代换S，此代换由8个代换盒组成，即S-盒。

每个S-盒有6个输入，4个输出，将B依次分为8组，每组6位，记B= B1B2B3B4B5B6B7B8其中Bj作为第j个S-盒的输入，其输出为Cj，C= C1C2C3C4C5C6C7C8就是代换S的输出，所以代换S是一个48位输入，32位输出的选择压缩运算，将结果C再实行一个置换P（表4），即得F(R,K)。

其中，扩展运算E与置换P主要作用是增加算法的扩散效果。

S-盒是DES算法中唯一的非线性部件，当然也就是整个算法的安全性所在。

它的设计原则与过程一直因为种种不为人知的因素所限，而未被公布出来。

S-盒如下表：S-盒的置换规则为：取{0，1，…，15}上的4个置换，即它的4个排列排成4行，得一4*16矩阵。

若给定该S盒的6个输入为b0 b1 b2 b3 b4 b5,在Si表中找出b0 b5行，b1b2b3b4列的元素，以4位二进制表示该元素，此为S-盒Si的输出。

例1 S2的输入为101011，b1 =1，b6=1，b1 b6=(11)2=3(b2 b3 b4 b5)2=(0101)2=5查S2表可知第3行第5列的输出是15，15的二进制表示为1111。

则S2的输出为1111。

8个S-盒的代换方式都是一样的。

S盒输出的32比特经P置换，P置换的功能是将32位的输入，按以下顺序置换，然后输入仍为32比特。

P置换的顺序如表5：4 子密钥的生成图4 DES子密钥生成流程图图4给出了子密钥产生的流程图。

首先对初始密钥经过置换PC-1（表2.6[7]），将初始密钥的8个奇偶校验位剔除掉，而留下真正的56比特初始密钥。

然后将此56位分为C0，D0两部分，各28比特，C0，D0如下：C0=k57k49……k44k36D0=k63k55……k12k4然后分别进行一个循环左移函数LS1，得到C1，D1，将C1（28位）,D1（28位）连成56比特数据，再经过密钥置换PC-2（表7）做重排动作，从而便得到了密钥K1（48位）。

依次类推，便可得到K2，K3 (16)其中LS1（1≤i≤16）表示一个或两个位置的循环左移，当i=1，2，9，16时，移一个位置，当i=3，4，5，6，7，8，10，11，12，13，14，15时，移两个位置。

（2）DES算法的解密过程DES算法的解密过程跟加密过程是一样的，区别仅仅在于第一次迭代时用密钥k16，第二次k15、……，最后一次用k1，算法本身没有任何变化。

二、源代码#include "memory.h"#include "stdio.h"enum {encrypt,decrypt};//ENCRYPT:加密，DECRYPT：解密void des_run(char out[8],char in[8],bool type=encrypt);//设置密钥void des_setkey(const char key[8]);static void f_func(bool in[32],const bool ki[48]);//f函数static void s_func(bool out[32],const bool in[48]);//s盒代替//变换static void transform(bool *out, bool *in, const char *table, int len);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//字节组转换成位组static void bytetobit(bool *out,const char *in, int bits);//位组转换成字节组static void bittobyte(char *out, const bool *in, int bits);//置换IP表conststatic char ip_table[64]={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, 40,32,24,16,8,57,49,41,33,25,17,9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,61,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,3 9,31,23,15,7};//逆置换IP-1表const static char ipr_table[64]={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, 51,19,59,27,34,2,42,10,50,18,58,26,33,1,4 1,9,49,17,57,25};//E 位选择表static const char e_table[48]={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};//P换位表const static char p_table[32]={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};//pc1选位表const static char pc1_table[56]={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 };//pc2选位表const static char pc2_table[48]={14,17,11,24,1,5,3, 28,15,6,21,10,23,19, 12,4,26,8,16,7,27,20, 13,2,41,52,31,37,47,5 5,30,40,51,45,33,48,44,49 ,39,56,34,53,46,42,50,36 ,29,32};//左移位数表const static char loop_table[16]={1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};//S盒const static char s_box[8][4][16]={//s114, 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,//s215, 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,//s310, 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,//s47, 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,//s52, 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,//s612, 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,//s74, 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,//s813, 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 };static bool subkey[16][48];//16圈子密钥void des_run(char out[8],char in[8], bool type){static bool m[64],tmp[32],*li=&m[0], *ri=&m[32];bytetobit(m,in,64);transform(m,m,ip_table,64);if(type==encrypt){for(int i=0;i<16;i++){memcpy(tmp,ri,32);f_func(ri,subkey[i]);xor(ri,li,32);memcpy(li,tmp,32);}}else{for(int i=15;i>=0;i--){memcpy(tmp,li,32);f_func(li,subkey[i]);xor(li,ri,32);memcpy(ri,tmp,32);}}transform(m,m,ipr_table,64);bittobyte(out,m,64);}void des_setkey(const char key[8]){static bool k[64], *kl=&k[0], *kr=&k[28];bytetobit(k,key,64);transform(k,k,pc1_table,56);for(int i=0;i<16;i++){rotatel(kl,28,loop_table[i]);rotatel(kr,28,loop_table[i]);transform(subkey[i],k,pc2_table,48);}}void f_func(bool in[32],const bool ki[48]){static bool mr[48];transform(mr,in,e_table,48);xor(mr,ki,48);s_func(in,mr);transform(in,in,p_table,32);}void s_func(bool out[32],const bool in[48]){for(char i=0,j,k;i<8;i++,in+=6,out+=4){j=(in[0]<<1)+in[5];k=(in[1]<<3)+(in[2]<<2)+(in[3]<<1)+in[4];bytetobit(out,&s_box[i][j][k],4);}}void transform(bool *out,bool *in,const char *table,int len){static bool tmp[256];for(int i=0;i<len;i++)tmp[i]=in[table[i]-1];memcpy(out,tmp,len);}void xor(bool *ina,const bool *inb,int len){for(int i=0;i<len;i++)ina[i]^=inb[i];}void rotatel(bool *in,int len,int loop){static bool tmp[256];memcpy(tmp,in,loop);memcpy(in,in+loop,len-loop);memcpy(in+len-loop,tmp,loop);}void bytetobit(bool *out,const char *in,int bits){for(int i=0;i<bits;i++)out[i]=(in[i/8]>>(i%8)) &1;}void bittobyte(char *out,const bool *in,int bits){memset(out,0,(bits+7)/8);for(int i=0;i<bits;i++)out[i/8]|=in[i]<<(i%8);}void main(){char key[8]={'p','r','o','g','r','a','m'},str[8];puts("*****************DES***********************");printf("\n");printf("\n");puts("please input your words");gets(str);printf("\n");puts("****************************************");des_setkey(key);des_run(str,str,encrypt);puts("after encrypting:");puts(str);printf("\n");puts("****************************************");puts("after decrypting:");des_run(str,str,decrypt);puts(str);printf("\n");puts("****************************************");printf("\n");}三、程序截图。

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DES实验报告

DES实验报告

实验报告课程名称电子商务安全实验项目名称实验二DES加密算法班级与班级代码07电商1班072511031实验室名称（或课室）实验大楼809 专业 2007电子商务1班任课教师学号：072511031姓名：机器号码：3组F（周二）实验日期：2010年10月19 日广东商学院教务处制姓名汪江实验报告成绩评语：指导教师（签名）年月日说明：指导教师评分后，实验报告交院（系）办公室保存。

实验二 DES加密算法实验目的1、理解对称加密算法的原理和特点。

2、理解DES和AES算法的加密原理。

实验原理DES是一种分组加密算法，所谓分组加密算法就是对一定大小的明文或密文来做加密或解密动作。

而在DES这个加密系统中，每次加密或解密的分组大小均为64位，所以DES没有密文扩充的问题。

对大于64位的明文只要按每64位一组进行切割，而对小于64位的明文只要在后面补“0”即可。

另一方面，DES所用的加密或解密密钥也是64位大小，但因其中有8个位是用来作奇偶校验的，所以64位中真正起密钥作用的只有56位，密钥过短也是DES最大的缺点。

DES加密与解密所用的算法除了子密钥的顺序不同外，其他部分完全相同。

实验设备Windows虚拟机CIS工具箱——该实验使用加密解密工具。

实验步骤step 1：输入明文数据和密钥是一样的，都为本人的学号后8位（51103119）。

明文和密钥要求键盘输入8个字符，在系统里换算成asc码就变成16进制的16个字符实验结果。

如图1所示。

图1step 2：点击“密钥生成演示”，可以得到第一次迭代后的64位密钥、56位密钥、Ci 、Di 、Ci+1、Di+1、子密钥。

如图2所示。

图264位密钥的二进制矩阵如下： 56位压缩密钥的二进制矩阵如下：Ci 的二进制矩阵如下： Di 的二进制矩阵如下：0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 011110 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 011Ci+1的二进制矩阵如下： Di+1的二进制矩阵如下：子密钥的二进制矩阵如下：压缩矩阵1和压缩矩阵2的二进制矩阵如下：0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 11111111 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 011110 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1111110 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0111110 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 01Step 3：再点击“下一个”，得到第二次迭代结果，如图3所示。

信息安全系统实验报告材料DES加密算法

信息安全系统实验报告材料DES加密算法

中北大学大学软件学院《网络攻击与防御》实验报告课程名称：信息安全技术实验名称： DES加密算法指导教师：班级：学生姓名：学号：实验日期： 16-5-10 16:00-17:45实验地点：软件学院实验成绩：计算机科学与技术学院计算机系网络教研室制一、实验目的通过用DES算法对实际数据进行加密和解密来深刻了解DES的运行原理，进而加深对对称加密算法的理解与认识。

预备知识：1）数据加密标准（DES，Data Encryption Standard）是一种使用密钥加密的块密码，1976年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准（FIPS），随后在国际上广泛流传开来。

它基于使用56位密钥的对称算法。

这个算法因为包含一些机密设计元素，相对短的密钥长度以及怀疑内含美国国家安全局（NSA）的后门而在开始时有争议，因此DES因此受到了强烈的学院派式的审查，并以此推动了现代的块密码及其密码分析的发展。

2) 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。

3）DES算法的安全性，DES现在已经不是一种安全的加密方法，主要因为它使用的56位密钥过短。

1999年1月，与电子前哨基金会合作，在22小时15分钟内即公开破解了一个DES密钥。

也有一些分析报告提出了该算法的理论上的弱点，虽然在实际中难以应用。

为了提供实用所需的安全性，可以使用DES的派生算法3DES来进行加密，虽然3DES也存在理论上的攻击方法。

在2001年，DES作为一个标准已经被高级加密标准（AES）所取代。

4）对称密码算法（Symmetric cipher）：加密密钥和解密密钥相同，或实质上等同，即从一个易于推出另一个。

又称传统密码算法（Conventional cipher)、秘密密钥算法或单密钥算法。

des实验报告

des实验报告

课程实验报告专业年级信息管理与信息系统1340 课程名称信息安全技术指导教师 x x x学生姓名 x x学号 2013231928xxxx 实验日期 2016年10月 17日实验地点实验室304 实验成绩教务处制二O一六年月日实验项目名称DES加密与解密实验目的及要求目的：（1）了解DES算法原理（2）掌握DES演示程序的使用方法。

实验内容（1）运行DES加密演示程序。

（2）加深理解并掌握DES算法的各个步骤。

实验环境硬件设备：局域网、终端PC。

系统软件：Windows系列操作系统。

支撑软件：Word 2003以上。

实验步骤DES解密算法和加密算法基本运算结构相同，所不同的是在解密时输入子密钥的顺序与加密时子密钥的顺序相反。

因此，下面仅具体介绍DES加密操作过程。

1、DES加密演示编写好之后的执行窗口如附图1-1所示。

附图1-1 主界面2、输入8位明文与8位密钥，如附图1-2所示。

附图1-2 输入明文与密钥3、实现具体加密过程。

点击初始置换按钮，则弹出如附图1-3所示的对话框。

附图1-3 “初始置换”对话框4、点击“置换”按钮，实现初始置换，如附图1-4所示。

附图1-4 初始置换5、点击“返回”按钮，返回到“加密”对话框，如附图1-5所示。

附图1-5 初始置换结果6、点击“迭代”按钮，弹出如附图1-6所示的对话框。

附图1-6 “迭代”对话框7、实现具体的迭代过程。

点击“扩展变换”按钮，弹出如附图1-7所示的对话框。

附图1-7 “扩展变换”对话框8、点击“变换”按钮，实现扩展变换，如附图1-8所示。

附图1-8 扩展变换9、点击“返回”按钮，返回到“迭代”对话框，如附图1-9所示。

附图1-9 扩展变换结果10、点击“压缩变换”按钮，弹出如附图1-10所示的对话框。

附图1-10 “密钥压缩置换”对话框11、点击“压缩置换”按钮，实现压缩置换，如附图1-11所示。

附图1-11 密钥压缩置换12、点击“返回”按钮，返回到“迭代”对话框，如附图1-12所示。

DES实验总结

DES实验总结

DES实验总结一．DES简介：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。

二． DES算法过程：1． 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异或运算，并将得到的结果作为新的有半部分，原来的有半部分变成了新的左半部分。

用下面的规则来表示这一过程（假设第i次迭代所得到的结果为LiRi）: Li = Ri-1; Ri = Li-1?f(Ri-1,Ki);在最后一轮左与右半部分并未变换，而是直接将R16 L16并在一起作为未置换的输入。

第三阶段：逆（初始）置换。

他是初始置换IP的逆置换，记为IP-1。

在对16次迭代的结果（R16 L16）再使用逆置换IP-1后，得到的结果即可作为DES加密的密文Y输出，即Y = IP-1 （R16 L16）。