1、網(wǎng)絡(luò)安全課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告學(xué) 院：計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院專業(yè)名稱： 學(xué) 號(hào)：姓 名：指導(dǎo)教師：時(shí) 間：2015年1月DES源代碼分析一、DES對(duì)稱加密算法簡(jiǎn)介最著名的保密密鑰或?qū)ΨQ密鑰加密算法DES(Data Encryption Standard)是由IBM公司在70年代發(fā)展起來的，并經(jīng)過政府的加密標(biāo)準(zhǔn)篩選后，于1976年11月被美國政府采用，DES隨后被美國國家標(biāo)準(zhǔn)局和美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(American National Standard Institute， ANSI) 承認(rèn)。DES使用56位密鑰對(duì)64位的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行加密，并對(duì)64位的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行16輪編碼。與每輪編碼時(shí)，一個(gè)48位的“每

2、輪”密鑰值由56位的完整密鑰得出來。DES用軟件進(jìn)行解碼需要用很長(zhǎng)時(shí)間，而用硬件解碼速度非?？?，但幸運(yùn)的是當(dāng)時(shí)大多數(shù)黑客并沒有足夠的設(shè)備制造出這種硬件設(shè)備。在1977年，人們估計(jì)要耗資兩千萬美元才能建成一個(gè)專門計(jì)算機(jī)用于DES的解密，而且需要12個(gè)小時(shí)的破解才能得到結(jié)果。所以，當(dāng)時(shí)DES被認(rèn)為是一種十分強(qiáng)壯的加密方法。二、DES對(duì)稱加密算法分析（1）DES算法原理在DES算法中有Data、Key、Mode三個(gè)參數(shù)。其中Data代表需要加密或解密的數(shù)據(jù)，由8字節(jié)64位組成；Key代表加密或解密的密鑰，也由8字節(jié)64位組成；Mode代表加密或解密的狀態(tài)。在DES算法中加密和解密的原理是一樣的，只是

3、因?yàn)镸ode的狀態(tài)不同，適用密鑰的順序不同而已。（2）DES算法的加密過程 DES算法的加密過程如圖6.2所示。初始置換（Initial Permutation，IP）是對(duì)輸入的64位數(shù)據(jù)按照規(guī)定的矩陣改變數(shù)據(jù)位的排列順序的換位變換，此過程與密鑰無關(guān)。子密鑰生成是由64位外部輸入密鑰通過置換和移位操作生成加密和解密所需的16組（每組56位）子密鑰的過程。乘積變換過程非常復(fù)雜，是加密過程的關(guān)鍵。該過程通過16輪重復(fù)的替代、移位、異或和置換操作打亂原輸入數(shù)據(jù)。逆初始置換（IP-1）與初始置換過程相同，只是置換矩陣是初始置換的逆矩陣。 初始置換(IP)將64位明文按照初始置換表(如表6.1)的規(guī)則進(jìn)

4、行置換。其置換過程為：將輸入明文的第58位置換到第1位，第50位置換到第2位，第12位置換到第3位，依此類推，最后第7位置換到第64位。 子密鑰生成輸入的密鑰K是64位數(shù)據(jù)，但其中第8、16、24、32、40、48、56、64位用于奇偶校驗(yàn)，實(shí)際使用的密鑰位只有56位。子密鑰Ki的生成流程如圖6.3所示。第1步：PC1變換。將56位密鑰按置換選擇1（PC-1）的規(guī)律(見表6.2)進(jìn)行置換，變換后分為左右兩路（C0、D0）各28位。第2步：數(shù)據(jù)左移。將兩個(gè)28位的C0和D0按表6.3的規(guī)則進(jìn)行循環(huán)左移。表6.3中第1行表示迭代輪次，第2行表示左移的位數(shù)。左移的規(guī)律是將C0和D0所有的位按表中規(guī)定

5、的位數(shù)循環(huán)左移。第3步：PC2變換和子密鑰生成。C0和D0左移1位后得到C1和D1 ，再將C1和D1數(shù)據(jù)組合后(56位)按照PC2變換的要求變換得到48位的子密鑰K1，在進(jìn)行第1輪迭代時(shí)使用K1；同理，將C1和D1左移1位得到C2和D2，再將C2和D2數(shù)據(jù)組合后按照PC2變換的要求變換得到48位的子密鑰K2；依此類推，就可以得到K3、K4.K16。PC2變換如表6.4所示。PC2變換是將輸入的56位數(shù)據(jù)變換為48位輸出，該變換是一種壓縮變換。根據(jù)不同輪數(shù)分別進(jìn)行左移和壓縮變換，分別得到16個(gè)48位的子密鑰K1, K2, K16。 乘積變換初始置換后的數(shù)據(jù)分為各32位的兩部分，左部分為L(zhǎng)0，右部

6、分為R0，這樣，L0 = D58D50D12.D8，R0 = D57D49D41D7。乘積變換過程就是將L0和R0按照乘積變換運(yùn)算公式進(jìn)行迭代運(yùn)算，最后得出L16和R16。如圖6.4所示。第1步：E變換。E變換是一個(gè)擴(kuò)展變換，其過程是將32位的數(shù)據(jù)Ri-1變換成48位，變換規(guī)則如表6.5所示。第2步：異或變換。將E變換輸出的48位數(shù)據(jù)與48位的子密鑰Ki進(jìn)行異或運(yùn)算，得到48位的S盒數(shù)據(jù)。第3步：S盒變換。將48位的S盒數(shù)據(jù)均分為8部分，每部分為6位，用8個(gè)S盒S1S8表示。每個(gè)S盒的輸入為6位，變換后輸出為4位，即經(jīng)過8個(gè)S盒S1S8變換后輸出為32位，如圖6.5所示。S盒的變換規(guī)則：以S1

7、盒為例，將6位輸入數(shù)據(jù)(a1a2a3a4a5a6)的中間4位(a2a3a4a5)對(duì)應(yīng)的數(shù)值作為列，兩端的2位(a1a6) 對(duì)應(yīng)的數(shù)值作為行，找到如表6.6所示的S1轉(zhuǎn)換表中相應(yīng)的位，得到的數(shù)值再轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制形式的4位數(shù)據(jù)，此即為S1盒的輸出。第4步：P變換。P變換的過程是將S盒輸出的32位數(shù)據(jù)進(jìn)行位置變換得到一個(gè)新的32數(shù)據(jù)組，因此P變換為線性變換，其變換規(guī)則如表6.14所示。第5步：異或變換。P變換輸出的32位數(shù)據(jù)與32位的Li-1異或后輸出32位數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)就是Ri。當(dāng)i15時(shí)，Ri與Li各32位數(shù)據(jù)將被用來進(jìn)行下一輪迭代變換。 逆初始置換(IP-1)將第16輪迭代變換的輸出R16與L16

8、組合在一起構(gòu)成64位數(shù)據(jù)組，作為逆初始置換(IP-1)的輸入。逆初始置換的變換規(guī)則如表6.15所示，置換完成后的數(shù)據(jù)即為64位密文。（3） DES算法的解密過程DES的解密算法與加密算法相同，解密密鑰也與加密密鑰相同，區(qū)別僅在于進(jìn)行16輪迭代運(yùn)算時(shí)使用的子密鑰順序與加密時(shí)是相反的，即第1輪用子密鑰K16、第2輪用K15、，最后一輪用子密鑰K1。（4）DES算法的安全性DES是世界上使用最為廣泛和流行的一種分組密碼算法，被公認(rèn)為世界上第一個(gè)實(shí)用的密碼算法標(biāo)準(zhǔn)。DES的缺點(diǎn)是密鑰位數(shù)太短(56位)，而且算法是對(duì)稱的，使得這些密鑰中還存在一些弱密鑰和半弱密鑰，因此容易被采用窮盡密鑰方法解密由于DES

9、算法完全公開，其安全性完全依賴于對(duì)密鑰的保護(hù)，必須有可靠的信道來分發(fā)密鑰。三、DES對(duì)稱加密算法的實(shí)現(xiàn)1、C語言實(shí)現(xiàn)DES對(duì)稱加密算法過程分析（1）初始置換/根據(jù)表格改變順序void ChangeOrder (bit *origbin, bit *newbin, int *table, int num)int i;bit temp64;for (i = 0; i < num; i+)tempi = origbintablei - 1;CopyBin(temp, newbin, num);（2）子密鑰生成void SetKeys(bit *origkey, bit keys48)int i

10、;bit key6464, key4848, key5656, lkey28, rkey28;CopyBin(origkey, key64, 64);ChangeOrder (key64, key56, PC1, 56);/printf("PC1變換后的key:n"); PrintBin (key56, 56, 7);for (i = 0; i < 16; i+)/PrintBin (key56, 56, 14);SplitData(key56, lkey, rkey, 56);LoopMove (lkey, MOVEi);LoopMove (rkey, MOVEi)

11、;/printf("C%d:n", i); PrintBin (lkey, 28, 7);/printf("D%d:n", i); PrintBin (rkey, 28, 7);MergeData(key56, lkey, rkey, 56);/printf("C%d D%d:n", i, i); PrintBin (key56, 56, 14);ChangeOrder (key56, key48, PC2, 48);CopyBin(key48, keysi, 48);/printf("%d個(gè)密鑰：n", i +

12、1); PrintBin (keysi, 48, 12);（3）異或運(yùn)算void Xor(bit *date1, bit *data2, int num)int i;for (i = 0; i < num; i+)data2i = date1i;（4）密鑰左移及S盒變換void LoopMove (bit *key, int num)bit temp28;CopyBin(&keynum, temp, 28-num);CopyBin(key, &temp28-num, num);CopyBin(temp, key, 28);void SChange(bit *data48,

13、 bit *data32)int i;bit r2, c4;char er, ec;for (i = 0; i < 8; i+)int j = i * 6;CopyBin(&data48j, r, 1);CopyBin(&data48j + 5, &r1, 1);CopyBin(&data48j + 1, c, 4);BinToDec(r, &er, 2);BinToDec(c, &ec, 4);DecToBin(Sierec, &data32i * 4, 4);（5）DES對(duì)稱加密算法加密解密/DES加密、解密void DES(c

14、har *mykey, char *origdata, char *newdata, int type)int len, i, j;bit data64;/保存二進(jìn)制的數(shù)據(jù)bit key64;/保存二進(jìn)制密鑰bit keys1648;/保持子密鑰StrToBin (mykey, key, 64);/printf("初始密碼：n"); PrintBin (key, 64, 8);SetKeys(key, keys);len = strlen(origdata);for (i = 0, j = len; j >= 8; i+, j -= 8)StrToBin (&

15、origdatai * 8, data, 64);DESBlock(keys, data, type);BinToDec(data, &newdatai * 8, 64);/不滿8字節(jié)用0填充if (j)memset(data, 0, 64);StrToBin (&origdatai * 8, data, j * 8);DESBlock(keys, data, type);BinToDec(data, &newdatai * 8, 64);memset(&newdatalen % 8 = 0 ? len : (len + 8 - len % 8), 0, 1);

16、（4）運(yùn)行截圖加密解密2、手工計(jì)算DES對(duì)稱加密算法過程分析明文：1107300420林志祥密鑰：19920324（1）初始置換（IP）原數(shù)據(jù):丨 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 丨丨 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 丨丨 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 丨丨 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 丨IP置換后的數(shù)據(jù):丨 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 丨丨 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 丨丨 0 0 1 1

17、 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 丨丨 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 丨（2）子密鑰生成1）根據(jù)PC1變換原密鑰:丨 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 丨丨 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 丨丨 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 丨丨 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 丨PC1變換后的密鑰:丨 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 丨丨 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 丨丨 0 1

18、1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 丨丨 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 丨2）PC2變換和子密鑰生成C1和D1:丨 0 0 0 0 0 0 0 丨丨 1 1 0 0 1 1 0 丨丨 0 0 0 0 0 0 0 丨丨 0 1 1 1 1 0 0 丨丨 0 1 1 1 1 1 1 丨丨 0 1 0 0 0 0 0 丨丨 1 1 1 1 1 1 0 丨丨 0 0 1 1 1 1 0 丨K1:丨 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 丨丨 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 丨丨 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 丨丨 1 0

19、 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 丨C2和D2:丨 0 0 0 0 0 0 0 丨丨 1 0 0 1 1 0 0 丨丨 0 0 0 0 0 0 0 丨丨 1 1 1 1 0 0 0 丨丨 1 1 1 1 1 1 1 丨丨 1 0 0 0 0 0 0 丨丨 1 1 1 1 1 0 0 丨丨 0 1 1 1 1 0 1 丨K15:丨 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 丨丨 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 丨丨 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 丨丨 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 丨C16和D16:丨 0 0 0 0 0 0 0

20、丨丨 0 1 1 0 0 1 1 丨丨 0 0 0 0 0 0 0 丨丨 0 0 1 1 1 1 0 丨丨 0 0 1 1 1 1 1 丨丨 0 0 1 0 0 0 0 丨丨 1 1 1 1 1 1 1 丨丨 0 0 0 1 1 1 1 丨K16:丨 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 丨丨 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 丨丨 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 丨丨 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 丨（3）乘積變換1）E變換L0和R0:丨 0 0 1 1 1 1 1 0 丨丨 0 0 1 1 1 1 1 1 丨丨 1 1 1 1 0

21、1 0 1 丨丨 1 1 1 0 0 0 0 1 丨丨 0 0 0 1 0 1 0 0 丨丨 0 0 0 0 1 1 0 0 丨丨 1 1 0 1 0 0 0 1 丨丨 0 0 1 0 0 1 1 1 丨E變換后的右半部分?jǐn)?shù)據(jù)和密鑰K1：丨 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 丨丨 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 丨丨 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 丨丨 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 丨丨 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 丨丨 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 丨丨 0 0 0 1 0 0 0 0 1

22、 1 1 0 丨丨 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 丨2）異或變換1及S盒變換兩者進(jìn)行異或運(yùn)算得：丨 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 丨丨 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 丨丨 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 丨丨 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 丨S盒獲得的數(shù)值:11 14 5 13 12 8 7 11 S盒變換后的右半部分?jǐn)?shù)據(jù)：丨 1 0 1 1 1 1 1 0 丨丨 0 1 0 1 1 1 0 1 丨丨 1 1 0 0 1 0 0 0 丨丨 0 1 1 1 1 0 1 1 丨3）P變換P變換后的右半部分?jǐn)?shù)據(jù)和

23、左半部分的數(shù)據(jù)：丨 1 1 0 1 1 1 1 1 丨丨 0 0 1 1 1 1 1 0 丨丨 1 0 0 1 1 1 1 1 丨丨 1 1 1 1 0 1 0 1 丨丨 0 0 0 1 1 1 1 0 丨丨 0 0 0 1 0 1 0 0 丨丨 0 1 0 1 0 0 1 0 丨丨 1 1 0 1 0 0 0 1 丨4）異或變換2兩者異或運(yùn)算得：丨 1 1 1 0 0 0 0 1 丨丨 0 1 1 0 1 0 1 0 丨丨 0 0 0 0 1 0 1 0 丨丨 1 0 0 0 0 0 1 1 丨L1和R1:丨 0 0 1 1 1 1 1 1 丨丨 1 1 1 0 0 0 0 1 丨丨 1 1

24、 1 0 0 0 0 1 丨丨 0 1 1 0 1 0 1 0 丨丨 0 0 0 0 1 1 0 0 丨丨 0 0 0 0 1 0 1 0 丨丨 0 0 1 0 0 1 1 1 丨丨 1 0 0 0 0 0 1 1 丨兩者異或運(yùn)算得：丨 1 1 0 0 1 0 0 1 丨丨 1 0 0 0 0 0 0 0 丨丨 1 0 0 1 0 1 0 1 丨丨 0 1 1 0 1 1 1 0 丨L16和R16:丨 1 1 0 1 1 1 1 1 丨丨 1 1 0 0 1 0 0 1 丨丨 1 1 1 0 1 0 1 1 丨丨 1 0 0 0 0 0 0 0 丨丨 1 0 1 0 0 1 0 0 丨丨 1

25、0 0 1 0 1 0 1 丨丨 1 1 1 0 0 1 0 0 丨丨 0 1 1 0 1 1 1 0 丨乘積變換后的數(shù)據(jù):丨 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 丨丨 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 丨丨 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 丨丨 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 丨（4）初始置換逆初始置換表后的數(shù)據(jù):丨 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 丨丨 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 丨丨 1 0 0 0

26、0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 丨丨 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 丨DES對(duì)稱加密算法解密算法與加密算法相同，同上可解密。三、總結(jié)DES算法是明文分組為64位，有效密鑰56位，輸出密文64位的，具有16輪迭代的分組對(duì)稱密碼算法。通過學(xué)習(xí)此算法，了解到了許多函數(shù)，其中有密鑰生成函數(shù)，加密函數(shù)，解密函數(shù)，測(cè)試函數(shù)以及密鑰長(zhǎng)度檢驗(yàn)函數(shù)等。四、源代碼附：#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include "table.h"#

27、define bitbool#define MAX_SIZE1000#define ENCRYPT0#define DECODE1void StrToBin(char *str, bit *bin, int num)int i;for (i = 0; i < num; i+)bini = (stri / 8 >> (7 - i % 8) & 1;void DecToBin(int dec, bit *bin, int num)int i;for (i = 0; num > 0; i+, num-)bini = dec >> (num - 1) &am

28、p; 1;void BinToDec(bit *bin, char *dec, int num)int count, res, i;for(count = 0; num > 0; count+, num -= 8)deccount = 0;res = num < 8 ? num : 8;for (i = res; i > 0 ; i-)deccount |= bincount * 8 + res - i << (i - 1);void CopyBin(bit *origbin, bit *newbin, int num)int i;for (i = 0; i &l

29、t; num; i+)newbini = origbini;void PrintBin (bit *bin, int num, int count)int i;for (i = 0; i < num; i+)if(i % count = 0) printf("丨 ");printf("%-2d", bini);if(i + 1) % count = 0) printf("丨n");printf("n");void PrintInfo (int num ,bit *ldata, bit *rdata, bit

30、*subkey)int i, j;printf(" L%d:ttt R%d:ttt K%d:n", num, num, num);for (i = 0; i < 4; i+)printf ("丨 ");for (j = 0; j < 8; j+)printf("%-2d", ldatai * 8 + j);printf("丨t丨 ");for (j = 0; j < 8; j+)printf("%-2d", rdatai * 8 + j);printf("丨t丨 &q

31、uot;);for (j = 0; j < 12; j+)printf("%-2d", subkeyi * 12 + j);printf("丨n");printf("n");void ChangeOrder (bit *origbin, bit *newbin, int *table, int num)int i;bit temp64;for (i = 0; i < num; i+)tempi = origbintablei - 1;CopyBin(temp, newbin, num);void SplitData (bi

32、t *data, bit *ldata, bit *rdata, int num)CopyBin(data, ldata, num / 2);CopyBin(&datanum / 2, rdata, num / 2);void MergeData(bit *data, bit *ldata, bit *rdata, int num)CopyBin(ldata, data, num / 2);CopyBin(rdata, &datanum / 2, num / 2);void Xor(bit *date1, bit *data2, int num)int i;for (i = 0

33、; i < num; i+)data2i = date1i;void LoopMove (bit *key, int num)bit temp28;CopyBin(&keynum, temp, 28-num);CopyBin(key, &temp28-num, num);CopyBin(temp, key, 28);void SChange(bit *data48, bit *data32)int i;bit r2, c4;char er, ec;for (i = 0; i < 8; i+)int j = i * 6;CopyBin(&data48j, r,

34、 1);CopyBin(&data48j + 5, &r1, 1);CopyBin(&data48j + 1, c, 4);BinToDec(r, &er, 2);BinToDec(c, &ec, 4);DecToBin(Sierec, &data32i * 4, 4);void SetKeys(bit *origkey, bit keys48)int i;bit key6464, key4848, key5656, lkey28, rkey28;CopyBin(origkey, key64, 64);ChangeOrder (key64, ke

35、y56, PC1, 56);for (i = 0; i < 16; i+)SplitData(key56, lkey, rkey, 56);LoopMove (lkey, MOVEi);LoopMove (rkey, MOVEi);MergeData(key56, lkey, rkey, 56);ChangeOrder (key56, key48, PC2, 48);CopyBin(key48, keysi, 48);void DESBlock (bit keys48, bit *data, int type)int i;bit ldata32, rdata32, data4848, d

36、ata3232;SplitData(data, ldata, rdata, 64);for (i = 0; i < 16; i+)CopyBin (rdata, data32, 32);ChangeOrder (rdata, data48, E, 48);if (type = ENCRYPT) Xor (keysi, data48, 48);else Xor (keys15 - i, data48, 48);SChange (data48, rdata);ChangeOrder (rdata, rdata, P, 32);Xor (ldata, rdata, 32);CopyBin (data32, ldata, 32);MergeData(data, rdata, ldata, 64);ChangeOrder(data, data, FP, 64);PrintBin (data, 64, 8);void DES(char *mykey, char *origdata, char *newdata, int type)int len, i, j;bi