. .
. . .
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：?
6.源代码
//?DES.cpp?:?定义控制台应用程序的入口点。?//
#include?"stdafx.h"?#include?"function.h"?#include?<iostream>?#include<bitset>?#include<string>?using?namespace?std;
//置换矩阵?
int?IP_EX[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,?39,?31,?23,?15,7?
};?
?int?IP_ANTEX[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,?41,?10,?50,?18,?58,?26,33,1,?41,9,?49,?17,?57,?25?
};
//扩展矩阵
?int?EXTEND[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,?31,1,?2?
};
//S盒?int?S[8][4][16]=?{{{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}?
?},{{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}?
?},{{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}?
?},{{?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}},{{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}},
{?{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}?
?},{{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}?
?},{{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}?
?}?
};
?int?DIREX[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?
};
//左移移位表?
int?MOVELEFT[16]=?{1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1?
};
//压缩换位表2
?int?CutEX[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,?55,30,?40,?51,?45,?33,?48,44,?49,?39,?56,?34,?53,46,?42,?50,?36,?29,?32?
};
typedef?char?ElemType;
ElemType?subsec[16][48];
//Byte转bit?
int?ByteToBit(ElemType?ch,ElemType?bit[8])?{?
?for(int?index?=?7;index?>=?0;index--){bit[index]?=?(ch>>index)&1;?//cout<<(int)bit[index];}?
?return?0;?}
//bit转Byte?
int?BitToByte(ElemType?bit[8],ElemType?&ch)?{ElemType?tempch=0;ElemType?tempbit[8];for(int?i=0;i<8;i++){tempbit[i]=bit[i];?
?}?
?tempbit[7]=0;?
?for(int?index?=?7;index?>=0;index--)
{?
tempch=tempch|(tempbit[index]<<(index));}ch=tempch;?
?//cout<<(char)tempch<<endl;
return?0;
}?
//按64位分一组?
void?Get64Bit(ElemType?ch[8],ElemType?bit[64])?{ElemType?temp[8];int?count=0;for(int?i=0;i<8;i++){ByteToBit(ch[i],temp);for(int?j=0;j<8;j++){?bit[count*8+j]=temp[7-j];?
}?
count++;?
}?
}
//初始置换?
void?InitialEX(ElemType?Inorder[64],ElemType?Disorder[64])?{for(int?i=0;i<64;i++){Disorder[i]=Inorder[IP_EX[i]-1];}?
}
//逆置换?
void?AntiEx(ElemType?Disorder[64])?{ElemType?temp[64];for(int?i=0;i<64;i++){
temp[i]=Disorder[i];?
?}?
?for(int?i=0;i<64;i++){Disorder[i]=temp[IP_ANTEX[i]-1];?
?}?
}
//扩展置换?
void?ExpandEX(ElemType?RightMsg[32],ElemType?ExpandMsg[48])?{?
?for(int?i=0;i<48;i++){ExpandMsg[i]=RightMsg[EXTEND[i]-1];?
?}?
}?
//16轮加密迭代?
void?MoveLeft(ElemType?C[28],ElemType?D[28],ElemType?L0[32],ElemType?R0[32])?{ElemType?Secret[48];//子密钥ElemType?Result[48];//每轮异或结果ElemType?Sout[32];
//每轮S盒输出ElemType?DirOut[32];//直接置换输出?
?ElemType?RResult[32];ElemType?LResult[32];ElemType?ExpandMsg[48];ElemType?temp[32];for(int?i=0;i<32;i++){LResult[i]=L0[i];
RResult[i]=R0[i];?
?}?
?for(int?i=0;i<16;i++){if(MOVELEFT[i]==1){?for(int?j=0;j<27;j++)?{C[i]=C[i+1];?
}?
C[27]=0;?
}else{?for(int?j=0;j<26;j++)?{
C[i]=C[i+2];?}?
C[26]=0;?C[27]=0;?
}?
ExpandEX(RResult,ExpandMsg);GetCD48(C,D,Secret);
for(int?j=0;j<48;j++)?
{?
subsec[15-i][j]=Secret[j];//获取界面的子密钥?
}?
XOR(ExpandMsg,Secret,Result);//S盒置换?
getSOut(Result,Sout);//直接置换?
DirExchange(Sout,DirOut);//与L进行异或?
XORLR(DirOut,LResult,temp);for(int?i=0;i<32;i++){?LResult[i]=RResult[i];?
}?
for(int?i=0;i<32;i++){?
RResult[i]=temp[i];}?
for(int?i=0;i<32;i++){?L0[i]=LResult[i];?R0[i]=RResult[i];?
}?
}?
?/*cout<<"zuo"<<endl;for(int?i=0;i<32;i++){cout<<(int)LResult[i];if((i+1)%8==0){?cout<<endl;?
}?
?}?
cout<<"右边"<<endl;for(int?i=0;i<32;i++){cout<<(int)RResult[i];if((i+1)%8==0)
{?
cout<<endl;?
}
}*/?
LResult[j]=RResult[j];?
}?
for(int?j=0;j<32;j++){?RResult[j]=temp[j];
}?
}?
?for(int?i=0;i<32;i++){L0[i]=LResult[i];
R0[i]=RResult[i];?
?}?
?/*cout<<"左边"<<endl;for(int?i=0;i<32;i++){cout<<(int)LResult[i];if((i+1)%8==0){?cout<<endl;?
}?
?}?
cout<<"右边"<<endl;for(int?i=0;i<32;i++){cout<<(int)RResult[i];if((i+1)%8==0){
?cout<<endl;}}*/?
}
//生成48位子密钥?
void?GetCD48(ElemType?C[28],ElemType?D[28],ElemType?Secret[48])?{ElemType?temp[56];for(int?i=0;i<28;i++){?
temp[i]=C[i];}?
for(int?i=28;i<56;i++)?
?{?
temp[i]=C[i];}?
?for(int?i=0;i<48;i++){Secret[i]=temp[CutEX[i]];?
?}?
}
//48位明文与子密钥进行异或?
/*ExpandMsg[48]?48位明文，Secret[48]?48位密钥，Result[48]?异或结果*/?void?XOR(ElemType?ExpandMsg[48],ElemType?Secret[48],ElemType?Result[48])?{for(int?i=0;i<48;i++){Result[i]=ExpandMsg[i]^Secret[i];?
?}?
}
//S盒四位输出?
void?getSOut(ElemType?Result[48],ElemType?Sout[32])?{int?row;int?col;?
?ElemType?temp[6];for(int?i=0;i<8;i++){for(int?j=0;j<6;j++){?temp[j]=Result[i*6+j];}?
row=temp[0]*2+temp[5];?
col=temp[1]*8+temp[2]*4+temp[3]*2+temp[4]*1;int?k=S[i][row][col]%2;Sout[i*4+3]=k;Sout[i*4+2]=k%2;Sout[i*4+1]=(k%2)%2;Sout[i*4]=((k%2)%2)%2;?
?}?
}
//直接置换?
void?DirExchange(ElemType?Sout[32],ElemType?DirOut[32])?{?
?for(int?i=0;i<32;i++){DirOut[i]=Sout[DIREX[i]-1];?
?}?
}?
//左右异或得到R[i]?
void?XORLR(ElemType?DirOut[32],ElemType?Left[32],ElemType?Result[32])?{for(int?i=0;i<32;i++){Result[i]=DirOut[i]^Left[i];?
?}?
}?
void?_tmain(int?argc,?_TCHAR*?argv[])?{ElemType?bit[64];ElemType?ch[8];ElemType?Disorder[64];ElemType?right[32];ElemType?left[32];ElemType?expand[48];ElemType?SECRET[56]={1,1,0,1,0,0,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0,0,0,1,0,1,1,0,0,0,1,1,1,0,1,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,0,1,0,0,1,1,1,0,1?
?};?
?//获取C0与D0ElemType?C[28];ElemType?D[28];for(int?i=0;i<28;i++){C[i]=SECRET[i];
D[i]=SECRET[i+28];?
?}?
?cout<<"请输入原文:"<<endl;
string?str;
?cin>>str;?
?DivideString(str,1,ch);Get64Bit(ch,bit);?
?cout<<"<<<<<<<<<原64位明文>>>>>>>>>"<<endl;for(int?i=0;i<64;i++){cout<<(int)bit[i];if((i+1)%8==0){?cout<<endl;?
}?
?}?
?cout<<endl;?
?cout<<"<<<<<<<<<置换后的乱序64位明文>>>>>>>>>"<<endl;InitialEX(bit,Disorder);for(int?i=0;i<64;i++){cout<<(int)Disorder[i];if((i+1)%8==0){
cout<<endl;}}?
?cout<<endl;?
?cout<<"<<<<<<<<<获取右半边明文>>>>>>>>>"<<endl;for(int?i=32;i<64;i++){right[i-32]=Disorder[i];cout<<(int)right[i-32];if((i+1)%8==0){?cout<<endl;?
}?
?}?
?cout<<endl;?
?cout<<"<<<<<<<<<获取左半边明文>>>>>>>>>"<<endl;for(int?i=0;i<32;i++){left[i]=Disorder[i];cout<<(int)left[i];if((i+1)%8==0){?cout<<endl;?
}?
?}?
?cout<<endl;?
?ExpandEX(right,expand);?
?cout<<"<<<<<<<<<输出第一次扩展明文>>>>>>>>>"<<endl;for(int?i=0;i<48;i++){cout<<(int)expand[i];if((i+1)%8==0){?cout<<endl;?
}?
?}?
?cout<<endl;?
?cout<<"<<<<<<<<<输出c>>>>>>>>>"<<endl;for(int?i=0;i<28;i++){cout<<(int)C[i];if((i+1)%7==0){?cout<<endl;
}?
?}?
?cout<<endl;?
?cout<<"<<<<<<<<<输出d>>>>>>>>>"<<endl;for(int?i=0;i<28;i++){cout<<(int)D[i];if((i+1)%7==0){?cout<<endl;}?
?}?
?cout<<endl;?
?MoveLeft(C,D,left,right);ElemType?SecretOut[64];for(int?i=0;i<32;i++){SecretOut[i]=right[i];
SecretOut[i+32]=left[i];?
?}?
?AntiEx(SecretOut);?
?cout<<"<<<<<<<<<密文二进制输出>>>>>>>>>"<<endl;for(int?i=0;i<64;i++)
{?
cout<<(int)SecretOut[i];if((i+1)%8==0){?cout<<endl;
}?
?}?
?cout<<endl;?
?ElemType?chout[8];?
?cout<<"<<<<<<<<<密文输出>>>>>>>>>"<<endl;Bit64ToByte8(SecretOut,chout);for(int?i=0;i<8;i++){cout<<(char)chout[i];?
?}?
?cout<<endl;?
int?solve;?
?cout<<endl<<"<<<<<<<<<输入1开始解密>>>>>>>>>"<<endl;cin>>solve;if(solve==1){cout<<"<<<<<<<<<开始解密>>>>>>>>>"<<endl;ElemType?mDisorder[64];ElemType?mleft[32];ElemType?mright[32];?
ElemType?mexpand[48];?
InitialEX(SecretOut,mDisorder);?
cout<<"<<<<<<<<<获取右半边密文>>>>>>>>>"<<endl;for(int?i=32;i<64;i++){?mright[i-32]=mDisorder[i];?cout<<(int)mright[i-32];?if((i+1)%8==0)?{cout<<endl;?
}?
}?
cout<<endl;?
cout<<"<<<<<<<<<获取左半边密文>>>>>>>>>"<<endl;for(int?i=0;i<32;i++){?mleft[i]=mDisorder[i];?cout<<(int)mleft[i];
if((i+1)%8==0)?
{?
?cout<<endl;?}}?
cout<<endl;?
ExpandEX(mright,mexpand);?
cout<<"<<<<<<<<<输出第一次扩展明文>>>>>>>>>"<<endl;for(int?i=0;i<48;i++){?cout<<(int)mexpand[i];?if((i+1)%8==0)?{cout<<endl;?
}?
}?
cout<<endl;?
mMoveLeft(C,D,mleft,mright);ElemType?mSecretOut[64];for(int?i=0;i<32;i++){?
mSecretOut[i]=mright[i];?mSecretOut[i+32]=mleft[i];}?
AntiEx(mSecretOut);?
cout<<"<<<<<<<<<原文二进制输出>>>>>>>>>"<<endl;for(int?i=0;i<64;i++){?cout<<(int)mSecretOut[i];?if((i+1)%8==0)?{cout<<endl;?
}?
}?
cout<<endl;?
ElemType?mchout[8];?
cout<<"<<<<<<<<出>>>>>>>>>"<<endl;Bit64ToByte8(mSecretOut,mchout);for(int?i=0;i<8;i++){?
cout<<(char)mchout[i];?
}?
cout<<endl<<endl;?
}?
}
7、实验结果?
1、根据提示，输入任意8字节的原文，并将其转换为64为二进制明文：
将64为二进制明文进行初始置换：?
将原64位明文分成左右两半，并对右半边进行扩展置换：?
?4依次获得子密钥。按上述流程完成16轮迭代运算后进行终结置换，得到64位密文（整个过程设计数据过多，没有一一输出，只给出最终截图容）
按1开始进行解密，流程与加密相同，中间过程省去，只给出最终结果：
8、实验总结?
通过完成本实验，我详细了解了DES算法的实现过程和工作原理，相比较在课堂上学到的理论知识，我认为通过实践后掌握的更加深刻。在课堂上我们学习DES算法，很多都是基于理论上的知识，但并没有真正的使用过DES，而通过编码实现DES，我们更好地理解了该怎么用DES去解决实际问题，这对我们以后的学习是很有帮助的，掌握了DES的算法实现后，我们在以后写到相关程序时可以快速的将其利用，使其真正的为我们服务。
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