密码学课程设计实验报告专业：信息安全班级：0903姓名：付晓帆学号：U200915328一、 DES 的编程实现1.实验目的通过实际编程掌握DES 的加、脱密及密钥生成过程，加深对DES 算法的认识。
2.实验原理 a.加密过程DES 是一个分组密码，使用长度为56比特的密钥加密长度为64比特的明文，获得长度为64比特的密文，其加密过程：(1) 给定一个明文X ，通过一个固定的初始置换IP 置换X 的比特，获得X0，X0=IP(X)=L0R0，L0R0分别是X0的前32比特和后32比特。
(2) 然后进行16轮完全相同的运算，有如下规则，其中0<i<17，K1， K2……，K16都是密钥K 的函数，长度均为48比特： i其中函数f(A,J)的A 是一个长度为32的比特串，第二个变量J 是一个长度为48的比特串，输出的是一个长度为32的比特串，其过程：a 、将f 的第一个变量A 根据一个固定的扩展函数E 扩展成为一个长度为48的比特串b 、计算，并将所得结果分成8个长度为6的比特串，记为B=B1B2B3B4B5B6B7B8c 、使用8个S 盒，每个Si 是一个固定的4X16阶矩阵，它的元素来自0到15这16个整数。
给定一个长度为6的比特串，用首位两个比特作行号，用中间四个比特作为列号，则Sj(Bj)的取值就是Sj 的行号列号的整数所对应的二进制表示。
记Cj=Sj(Bj)，0<j<9， 8个S 盒为： S1:14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7, 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, S2:15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10,3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5,0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15,13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9,S3:10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8,13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1,13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7,1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12,S4:7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15,13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9,10,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,4,3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14,S5:2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,9,14,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9,8,6,4,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,14,11,8,12,7,1,14,2,13,6,15,0,9,10,4,5,3,S6:12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11,10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8,9,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,6,4,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13,S7:4,11,2,14,15,0,8,13,3,12,9,7,5,10,6,1,13,0,11,7,4,9,1,10,14,3,5,12,2,15,8,6,1,4,11,13,12,3,7,14,10,15,6,8,0,5,9,2,6,11,13,8,1,4,10,7,9,5,0,15,14,2,3,12,S8:13,2,8,4,6,15,11,1,10,9,3,14,5,0,12,7,1,15,13,8,10,3,7,4,12,5,6,11,0,14,9,2,7,11,4,1,9,12,14,2,0,6,10,13,15,3,5,8,2,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11,d、将长度为32的比特串C=C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8通过一个固定的置换P置换，将所得结果P(C)记为f(A,J)。
(3) 对比特串R16 L16应用初始置换IP的逆置换IP-1，获得密文Y，即Y=IP-1(R16L16)。
b．子密钥生成过程密钥方案计算：每一轮都是用不同的、从初始密钥或称种子密钥K导出的48比特密钥Ki 。
K 是一个长度为64的比特串，实际上除去校验比特只有56比特有效：(1) 给定一个64比特的密钥K ，删掉8个校验比特并利用一个固定的置换PC-1置换K 的剩下的56比特，记PC-1(K) = C0D0,这里C0D0是PC-1(K)的前28比特、后28比特。
(2) 对每一个i ，0<i<17，计算：iC其中LSi 表示一个或两个位置的左循环移位，当i=1,2,9,4,16时，一个位置，当i=3,4,5,6,7,8,10,11,12,13,14,15时，移动两个位置。
PC-2是另一个固定置换。
C. 解密过程与加密的过程相同，是加密的逆过程，区别在于加密输入明文输出密文而脱密输入密文输出明文，16个内部密钥加密的顺序和解密的顺序相反。
d. 加密算法流程图(1) 加密算法输入64比特明文X ，经过16轮变换，输出64比特密文Y(2) F函数Ri-1经过E扩展与K(i)异或，通过S盒变换后进行P置换得到32比特的输出(3) 子密钥生成过程种子密钥通过PC-1变换后，CiDi左移并经过PC-2变换得到Ki(4) 程序结构图3. 实验要求a.输入一串有意义的汉字，显示密文和脱密结果；b.设计用户窗口；c.实验环境说明：操作系统、机型、语言。
4. DES的实现a. 开发环境主机：Microsoft Windows XP Professional 版本2002 ServicePack3Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU T6570 @2.10GHz 2.09GHz,1.99GB的内存物理地址扩展编程工具：Visual C++ 6.0功能测试：如图所示：相关函数：void ByteToBit(bool *Out, const char *In, int bits)；//字符转换成字节void BitToByte(char *Out,const bool *In,int bits)//字节转换成字符void RotateL(bool*In,int len,int loop)//循环左移void Xor(bool*InA,const bool*InB,int len)//异或void Transform(bool*Out,bool*In,const char*Table,int len) //各个置换转换void S_func(bool Out[32],const bool In[48])//将48位转换成32位void F_func(bool In[32],const bool Ki[48])//F函数void SetKey(char key[8])//生成子密钥void CDES::Encryption(char out[8],char In[8])//加密函数void CDES::Decryption(char out[8],char In[8])//解密函数二、DES的弱密钥检测1、什么是DES弱密钥DES的解密过程，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。
如果K16＝K1，K15＝K2，…，K9＝K8，则加密所用的子密钥与解密所用的子密钥相同，对一个明文X加密两次，得到的还是明文X。
更强的，若K1＝K2＝…＝K16，则加密过程与解密过程完全一样。
弱密钥的定义也就是这样定义：若k使得加密函数与解密函数一致，则称k为弱密钥。
DES至少有4个弱密钥，让我们先来看看子密钥的产生过程：64Bits的密钥K经PC-1之后，变为56Bits，然后分为高28Bits和低28Bits，分别进行移位。
LSi是循环左移。
PC-2是从56Bits中选出48Bits输出。
若C0和D0为全0或全1，则经过移位后显然不变，于是16个子密钥都相同。
C0和D0是独立进行移位的，组合一下，就有4个弱密钥了。
因此至少有4个弱密钥。
(1)K1＝…＝K16＝0x000000000000(2)K1＝…＝K16＝0xFFFFFFFFFFFF(3)K1＝…＝K16＝0x000000FFFFFF(4)K1＝…＝K16＝0xFFFFFF000000还可以注意到，第一组和第二组是互补的，第三组和第四组也是互补的。
事实上，对于任意密钥k，我们还有以下关系成立：（DES的互补性）若y＝Des（k，X），则yBar＝DES（kBar，XBar）。
（后缀Bar表示取补）2、检测方法检测16个内部密钥是否完全相同，若完全相同则判断为弱密钥，否则为正常密钥3、检测弱密钥实现在DES程序中加入一个弱密钥检测函数，通过检测其16个内部密钥是否相同，来判断所输入的密钥是否为弱密钥。
所加入函数如下：bool CheckKey(char* key){SetKey(key);char A[6],B[6];for(int i=1,j=16;i<=16,j>=1;i++,j--){BitToByte(B,SubKey[i],48);BitToByte(A,SubKey[j],48);//若16个子密钥完全相同，则为弱密钥if (memcmp((void*)A,(void*)B,6) )return 1;else return 0;}}4、实验过程（1）输入密钥00000000，程序显示为弱密钥。
（2）输入密钥3e96GR4J,检测显示为非弱密钥。
5、实验源代码#include<iostream>#include <string>using namespace std;const static char IP[64] =//初始置换{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};const static char EP1[56] =//密钥置换（原64位去掉奇偶校验位后）{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};const static char LOOP[16] =//左移{1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1};const static char EP2[48] =//选择子密钥{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};static const char EC[48] =//放大换位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};const static char SBox[8][4][16] =//8个S盒{{// S1{ 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 }},{// S2{ 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 }},{// S3{ 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 }{// S4{ 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 }},{// S5{ 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 }},{// S6{ 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 }},{// S7{ 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 }{// S8{ 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 }}};const static char PP[32] =//P盒置换{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,};const static char LP[64] =//末置换{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};static bool M[64], tmp[32], *Li = &M[0], *Ri = &M[32];static bool SubKey[16][48];//16个子密钥class CDES//定义DES类{public://void Mode();//模式void Encryption(char out[8],char In[8]);//加密函数void Decryption(char out[8],char In[8]);//解密函数};void ByteToBit(bool *Out, const char *In, int bits)//字符转换成字节{int i;for(i=0;i<bits;i++){// In[i]的第N位右移N位并和0x01按位"与"运算(N=1~8)Out[i] = (In[i>>3]>>(i&7)) & 1;}}void BitToByte(char *Out,const bool *In,int bits)//字节转换成字符{int i;memset(Out,0,(bits+7)/8);for(i=0;i<bits;i++){Out[i>>3] |= In[i]<<(i&7);}}void RotateL(bool*In,int len,int loop)//循环左移{static bool tmp[256];memcpy(tmp,In,loop);memcpy(In,In+loop,len-loop);memcpy(In+len-loop,tmp,loop);}void Xor(bool*InA,const bool*InB,int len)//异或{int i;for(i=0;i<len;i++){InA[i]^=InB[i];}}void Transform(bool*Out,bool*In,const char*Table,int len)//各个置换转换{int i;static bool tmp[256];for(i=0;i<len;i++){tmp[i]=In[Table[i]-1];}memcpy(Out,tmp,len);}void S_func(bool Out[32],const bool In[48])//将48位转换成32位{int j,m,n;//膨胀后的比特串分为8组，每组6比特。