上海电力学院实验报告课程名称信息安全/计算机安全实验项目实验一DES数据加密算法姓名张三学号班级专业电子信息工程同组人姓名指导教师姓名魏为民实验日期2011年月日一、实验目的通过本实验的学习，深刻理解DES加密标准，提高算法设计能力，为今后继续学习密码技术和数字签名奠定基础。

二、实验内容根据DES加密标准，用C++设计编写符合DES算法思想的加、解密程序，能够实现对字符串和数组的加密和解密。

三、实验步骤1. 在操作系统环境下启动VC++集成环境（Microsoft Visual C++ 6.0 ，其中6.0为版本号，也可为其它版本），则产生如图1所示界面。

图1 VC++ 集成环境界面2. 选择“文件”菜单下的“新建”命令，出现如图2所示界面（不可直接按“新建”按钮，此按钮是新建一个文本文件）。

此界面缺省标签是要为新程序设定工程项目，但编辑小的源程序也可以不建立项目，可以直接选择其左上角的“文件”标签，产生如图3所示界面。

3. 在图3所示的界面中左边选定文件类型为“C++ Source File”，右边填好文件名并选定文件存放目录，然后单击“确定”按钮，出现如图4所示编程界面，开始输入程序。

4. 输入完源程序后，按"编译"菜单下的编译命令，对源程序进行编译。

系统将在下方的窗口中显示编译信息。

如果无此窗口，可按"Alt + 2"键或执行"查看"菜单下的"输出"命令。

如果编译后已无提示错误，则可按"编译"菜单下的"构件"命令来生成相应的可执行文件，随后可按"编译"菜单下的"执行"命令运行的程序。

图2 新建VC++工程项目界面图3 新建VC++源程序文件界面图4 VC++源程序编辑界面四、DES算法的过程1. 处理密钥：1.1 从用户处获得64位密钥Key。

(每第8位为校验位，为使密钥有正确的奇偶校验，每个字节要有奇数个“1”位。

1.2 处理过程:1.2.1 对密钥实施变换，经过子密钥换位表PC-1的变换后，Key 的位数由64 位变成了56位。

1.2.2 把变换后的密钥等分成两部分，前28位记为C0，后28位记为D0。

1.2.3 计算子密钥(共16个)，从i=1开始。

1.2.3.1 分别对Ci-1、Di-1作循环左移来生成Ci、Di(共16次)。

1.2.3.2 串联Ci、Di，得到一个56位数，然后对此数作子密钥换位表PC-2变换以产生48位子密钥Ki 。

1.2.3.3 按以上方法计算出16个子密钥。

2．对64位数据块的处理：2．1 把数据分成64位的数据块，不够64位的以适当方式填补。

2．2 对数据块利用初始变换IP表作变换。

2．3 将变换后的数据块等分成前后两部分，前32位记为L0,后32位记为R0。

2．4 用16个子密钥对数据加密。

2．4．1 利用扩展置换E，将32位R(i-1)数据扩展成48位。

2．4．2 用E{R (i-1)}与子密钥K(i)作按位异或运算。

2．4．3 把所得的48位数分成8个6位数组。

1-6位为Z1，7-12位为Z2,……43-48位为Z8。

2．4．4 从j=1开始，用S盒里的值替换Zj。

S盒里的值为4位数，共8个S盒，输出32位数。

2．4．4．1 取出Z j的第1和第6位串联起来成一个2位数，记为m。

m即是Sj盒里用来替换Z j的数所在的行数。

2．4．4．2 取出Z j的第2至第5位串联起来成一个4位数，记为n。

n即是Sj盒里用来替换Z j的数所在的列数。

2．4．4．3 用坐标（m,n）在S盒中查找出相应的值作为S盒的输出。

2．4．5 八个选择函数Sj(1≤j≤8)的输出拼接为32位二进制数据，把它作为P盒置换的输入，得到输出2．4．6 把得到的结果与L（i-1）作异或运算。

把计算结果賦给R（i）。

2．4．7 把R（i-1）的值賦给L（i），完成1轮乘积变换。

2．4．8 从2．4．1起循环执行16次，直到K(16)也被用到。

2．5 把R（16）和L（16）顺序串联起来得到一个64位数。

对这个数实施2．2变换的逆变换IP-1。

五．算法实现（1）源程序：#ifndef _DES_ENCRYPT_DECRYPT#define _DES_ENCRYPT_DECRYPT#define BYTE unsigned char#define LPBYTE BYTE*#define LPCBYTE const BYTE*#define BOOL intclass DES{public:BOOL CDesEnter(LPCBYTE in, LPBYTE out, int datalen, const BYTE key[8], BOOL type);BOOL CDesMac(LPCBYTE mac_data, LPBYTE mac_code, int datalen, const BYTE key[8]); private:void XOR(const BYTE in1[8], const BYTE in2[8], BYTE out[8]);LPBYTE Bin2ASCII(const BYTE byte[64], BYTE bit[8]);LPBYTE ASCII2Bin(const BYTE bit[8], BYTE byte[64]);void GenSubKey(const BYTE oldkey[8], BYTE newkey[16][8]);void endes(const BYTE m_bit[8], const BYTE k_bit[8], BYTE e_bit[8]);void undes(const BYTE m_bit[8], const BYTE k_bit[8], BYTE e_bit[8]);void SReplace(BYTE s_bit[8]);};/** CDesEnter 函数说明：* des加密/解密入口* 返回：* 1则成功,0失败* 参数：* in 需要加密或解密的数据* 注意：in缓冲区的大小必须和datalen相同.* out 加密后或解密后输出。

* 注意：out缓冲区大小必须是8的倍数而且比datalen大或者相等。

* 如datalen=7，out缓冲区的大小应该是8，datalen=8,out缓冲区的大小应该是8,* datalen=9,out缓冲区的大小应该是16，依此类推。

* datalen 数据长度(字节)。

* 注意:datalen 必须是8的倍数。

* key 8个字节的加密或解密的密码。

* type 是对数据进行加密还是解密* 0 表示加密 1 表示解密*/BOOL DES::CDesEnter(LPCBYTE in, LPBYTE out, int datalen, const BYTE key[8], BOOL type) {//判断输入参数是否正确，失败的情况为：//!in： in指针（输入缓冲）无效//!out： out指针（输出缓冲）无效//datalen<1：数据长度不正确//!key：加/解密密码无效//type && ((datalen % 8) !=0：选择解密方式但是输入密文不为8的倍数if((!in) || (!out) || (datalen<1) || (!key) || (type && ((datalen % 8) !=0)))return false;if(type==0) //选择的模式是加密{// 用于存储待加密字串最后的若干字节// DES算法是以8个字节为单位进行加密，如果待加密字串以8为单位分段加密时，最后一段不足 //8字节，则在后面补0，使其最后一段的长度为8字节// te8bit是作为存储待加密字串最后一段（不足8字节）的变量BYTE te8bit[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};// 这是待加密字串的调整长度// 如果原始长度是8的整数倍，则调整长度的值和原来的长度一样// 如果原始长度不是8的整数倍，则调整长度的值是能被8整除且不大于原来长度的最大整数。

//也就是不需要补齐的块的总长度int te_fixlen = datalen - (datalen % 8);// 将待加密密文以8为单位分段，把最后长度不足8的一段存储到te8bit中for(int i = 0; i < (datalen % 8); i++)te8bit[i] = in[te_fixlen + i];// 将待加密字串分以8字节为单位分段加密for(i = 0; i < te_fixlen; i += 8)endes(in + i, key, out + i);// 如果待加密字串不是8的整数倍，则将最后一段补齐（补0）后加密if(datalen % 8 != 0)endes(te8bit, key, out + datalen / 8 * 8);}else //选择的模式是解密{// 将密文以8字节为单位分段解密for(int i = 0; i < datalen; i += 8)undes(in + i, key, out + i);}return true;}/** CDesMAC 函数说明：* DESMAC 数据验校* 返回：* 1则成功,0失败* 参数：* mac_data MAC验校数据* 注意：Mac_data缓冲区的大小(16字节以上)必须和datalen相同,而且应是8的倍数。

* out_mac MAC验校输出(8字节)* dadalen 数据长度(字节)。

* 注意:datalen 必须是16以上而且是8的倍数。

* key 8个字节的验校密码。

*/BOOL DES::CDesMac(LPCBYTE mac_data, LPBYTE mac_code, int datalen, const BYTE key[8]) {//判断输入参数是否正确，失败的情况为：//!mac_data： mac_data指针（输入缓冲）无效//!mac_code： mac_code指针（输出缓冲）无效//datalen<16：数据长度不正确//datalen % 8 != 0：数据长度不为8的整数倍//!key：密码不符合要求if((!mac_data) || (!mac_code) || (datalen < 16) || (datalen % 8 != 0) || (!key))return false;endes(mac_data, key, mac_code);for(int i = 8; i < datalen; i += 8){XOR(mac_code, mac_data + i, mac_code);endes(mac_code, key, mac_code);}return true;}/** XOR 函数说明：* 将输入的两个8字节字符串异或* 返回：* 无* 参数：* const BYTE in1[8] 输入字符串1* const BYTE in2[8] 输入字符串2* BYTE out[8] 输出的结果字符串*/void DES::XOR(const BYTE in1[8], const BYTE in2[8], BYTE out[8]){for(int i = 0; i < 8; i++)out[i] = in1[i] ^ in2[i];}/** Bin2ASCII 函数说明：* 将64字节的01字符串转换成对应的8个字节* 返回：* 转换后结果的指针* 参数：* const BYTE byte[64] 输入字符串* BYTE bit[8] 输出的转换结果*/LPBYTE DES::Bin2ASCII(const BYTE byte[64], BYTE bit[8]) {for(int i = 0; i < 8; i++){bit[i] = byte[i * 8] * 128 + byte[i * 8 + 1] * 64 + byte[i * 8 + 2] * 32 + byte[i * 8 + 3] * 16 + byte[i * 8 + 4] * 8 + byte[i * 8 + 5] * 4 + byte[i * 8 + 6] * 2 + byte[i * 8 + 7];}return bit;}/** ASCII2Bin 函数说明：* 将8个字节输入转换成对应的64字节的01字符串* 返回：* 转换后结果的指针* 参数：* const BYTE bit[8] 输入字符串* BYTE byte[64] 输出的转换结果*/LPBYTE DES::ASCII2Bin(const BYTE bit[8], BYTE byte[64]) {for(int i=0; i < 8; i++)for(int j = 0; j < 8; j++)byte[i * 8 + j] = ( bit[i] >> (7 - j) ) & 0x01; return byte;}/** GenSubKey 函数说明：* 由输入的密钥得到16个子密钥* 返回：* 无* 参数：* const BYTE oldkey[8] 输入密钥* BYTE newkey[16][8] 输出的子密钥*/void DES::GenSubKey(const BYTE oldkey[8], BYTE newkey[16][8]){int i, k, rol = 0;//缩小换位表1int pc_1[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};//缩小换位表2int pc_2[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};//16次循环左移对应的左移位数int ccmovebit[16] = {1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};BYTE oldkey_byte[64];BYTE oldkey_byte1[64];BYTE oldkey_byte2[64];BYTE oldkey_c[56];BYTE oldkey_d[56];BYTE newkey_byte[16][64];ASCII2Bin(oldkey, oldkey_byte);//位变换for(i = 0; i < 56; i++)oldkey_byte1[i] = oldkey_byte[pc_1[i] - 1];//分为左右两部分，复制一遍以便于循环左移for(i = 0; i < 28; i++)oldkey_c[i] = oldkey_byte1[i], oldkey_c[i + 28] = oldkey_byte1[i],oldkey_d[i] = oldkey_byte1[i + 28], oldkey_d[i + 28] = oldkey_byte1[i + 28];//分别生成16个子密钥for(i = 0; i < 16; i++){//循环左移rol += ccmovebit[i];//合并左移后的结果for(k = 0; k < 28; k++)oldkey_byte2[k] = oldkey_c[k + rol], oldkey_byte2[k + 28] = oldkey_d[k + rol]; //位变换for(k = 0; k < 48; k++)newkey_byte[i][k] = oldkey_byte2[pc_2[k] - 1];}//生成最终结果for(i = 0; i < 16; i++)Bin2ASCII(newkey_byte[i], newkey[i]);}/** endes 函数说明：* DES加密* 返回：* 无* 参数：* const BYTE m_bit[8] 输入的原文* const BYTE k_bit[8] 输入的密钥* BYTE e_bit[8] 输出的密文*/void DES::endes(const BYTE m_bit[8], const BYTE k_bit[8], BYTE e_bit[8]){//换位表IPint ip[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};//换位表IP_1int ip_1[64] = {40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,31,38,6,46,14,54,22,62,30,37,5,45,13,53,21,61,29,36,4,44,12,52,20,60,28,35,3,43,11,51,19,59,27,34,2,42,10,50,18,58,26,33,1,41,9,49,17,57,25};//放大换位表int e[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};BYTE m_bit1[8] = {0};BYTE m_byte[64] = {0};BYTE m_byte1[64] = {0};BYTE key_n[16][8] = {0};BYTE l_bit[17][8] = {0};BYTE r_bit[17][8] = {0};BYTE e_byte[64] = {0};BYTE e_byte1[64] = {0};BYTE r_byte[64] = {0};BYTE r_byte1[64] = {0};int i, j;//根据密钥生成16个子密钥GenSubKey(k_bit, key_n);//将待加密字串变换成01串ASCII2Bin(m_bit, m_byte);//按照ip表对待加密字串进行位变换for(i = 0; i < 64; i++)m_byte1[i] = m_byte[ip[i] - 1];//位变换后的待加密字串Bin2ASCII(m_byte1, m_bit1);//将位变换后的待加密字串分成两组，分别为前4字节L和后4字节R，作为迭代的基础（第0次迭代） for(i = 0; i < 4; i++)l_bit[0][i] = m_bit1[i], r_bit[0][i] = m_bit1[i + 4];//16次迭代运算for(i = 1; i <= 16; i++){//R的上一次的迭代结果作为L的当前次迭代结果for(j = 0; j < 4; j++)l_bit[i][j] = r_bit[i-1][j];ASCII2Bin(r_bit[i-1], r_byte);//将R的上一次迭代结果按E表进行位扩展得到48位中间结果 for(j = 0; j < 48; j++)r_byte1[j] = r_byte[e[j] - 1];Bin2ASCII(r_byte1, r_bit[i-1]);//与第I-1个子密钥进行异或运算for(j = 0; j < 6; j++)r_bit[i-1][j] = r_bit[i-1][j] ^ key_n[i-1][j];//进行S选择，得到32位中间结果SReplace(r_bit[i - 1]);//结果与L的上次迭代结果异或得到R的此次迭代结果for(j = 0; j < 4; j++){r_bit[i][j] = l_bit[i-1][j] ^ r_bit[i-1][j];}}//组合最终迭代结果for(i = 0; i < 4; i++)e_bit[i] = r_bit[16][i], e_bit[i + 4] = l_bit[16][i];ASCII2Bin(e_bit, e_byte);//按照表IP-1进行位变换for(i = 0; i < 64; i++)e_byte1[i] = e_byte[ip_1[i] - 1];//得到最后的加密结果Bin2ASCII(e_byte1, e_bit);}/** undes 函数说明：* DES解密，与加密步骤完全相同，只是迭代顺序是从16到1 * 返回：* 无* 参数：* const BYTE m_bit[8] 输入的密文* const BYTE k_bit[8] 输入的密钥* BYTE e_bit[8] 输出解密后的原文*/void DES::undes(const BYTE m_bit[8], const BYTE k_bit[8], BYTE e_bit[8]) {//换位表IPint ip[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};//换位表IP_1int ip_1[64] = {40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,31,38,6,46,14,54,22,62,30,37,5,45,13,53,21,61,29,36,4,44,12,52,20,60,28,35,3,43,11,51,19,59,27,34,2,42,10,50,18,58,26,33,1,41,9,49,17,57,25};//放大换位表int e[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};BYTE m_bit1[8] = {0};BYTE m_byte[64] = {0};BYTE m_byte1[64] = {0};BYTE key_n[16][8] = {0};BYTE l_bit[17][8] = {0};BYTE r_bit[17][8] = {0};BYTE e_byte[64] = {0};BYTE e_byte1[64] = {0};BYTE l_byte[64] = {0};BYTE l_byte1[64] = {0};int i = 0, j = 0;//根据密钥生成16个子密钥GenSubKey(k_bit, key_n);//将待加密字串变换成01串ASCII2Bin(m_bit, m_byte);//按照ip表对待加密字串进行位变换for(i = 0; i < 64; i++)m_byte1[i] = m_byte[ip[i] - 1];//位变换后的待加密字串Bin2ASCII(m_byte1, m_bit1);//将位变换后的待加密字串分成两组，分别为前4字节R和后4字节L，作为迭代的基础（第16次迭代） for(i = 0; i < 4; i++)r_bit[16][i] = m_bit1[i], l_bit[16][i] = m_bit1[i + 4];//16次迭代运算for(i = 16; i > 0; i--){//L的上一次的迭代结果作为R的当前次迭代结果for(j = 0; j < 4; j++)r_bit[i-1][j] = l_bit[i][j];ASCII2Bin(l_bit[i], l_byte);//将L的上一次迭代结果按E表进行位扩展得到48位中间结果for(j = 0; j < 48; j++)l_byte1[j] = l_byte[e[j] - 1];Bin2ASCII(l_byte1, l_bit[i]);//与第I-1个子密钥进行异或运算for(j = 0; j < 6; j++)l_bit[i][j] = l_bit[i][j] ^ key_n[i-1][j];//进行S选择，得到32位中间结果SReplace(l_bit[i]);//结果与R的上次迭代结果异或得到L的此次迭代结果for(j = 0; j < 4; j++){l_bit[i-1][j] = r_bit[i][j] ^ l_bit[i][j];}}//组合最终迭代结果for(i = 0; i < 4; i++)e_bit[i] = l_bit[0][i], e_bit[i + 4] = r_bit[0][i];ASCII2Bin(e_bit, e_byte);//按照表IP-1进行位变换for(i = 0; i < 64; i++)e_byte1[i] = e_byte[ip_1[i] - 1];//得到最后的结果Bin2ASCII(e_byte1, e_bit);}/** SReplace 函数说明：* S选择* 返回：* 无* 参数：* BYTE s_bit[8] 输入暨选择后的输出*/void DES::SReplace(BYTE s_bit[8]){int p[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};BYTE s[][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}};BYTE s_byte[64] = {0};BYTE s_byte1[64] = {0};BYTE row = 0, col = 0;BYTE s_out_bit[8] = {0};//转成二进制字符串处理ASCII2Bin(s_bit, s_byte);for(int i = 0; i < 8; i++){//0、5位为row，1、2、3、4位为col，在S表中选择一个八位的数row = s_byte[i * 6] * 2 + s_byte[i * 6 + 5];col = s_byte[i * 6 + 1] * 8 + s_byte[i * 6 + 2] * 4 + s_byte[i * 6 + 3] * 2 + s_byte[i * 6 + 4]; s_out_bit[i] = s[i][row][col];}//将八个选择的八位数据压缩表示s_out_bit[0] = (s_out_bit[0] << 4) + s_out_bit[1];s_out_bit[1] = (s_out_bit[2] << 4) + s_out_bit[3];s_out_bit[2] = (s_out_bit[4] << 4) + s_out_bit[5];s_out_bit[3] = (s_out_bit[6] << 4) + s_out_bit[7];//转成二进制字符串处理ASCII2Bin(s_out_bit, s_byte);//换位for(i = 0; i < 32; i++)s_byte1[i] = s_byte[p[i] - 1];//生成最后结果Bin2ASCII(s_byte1, s_bit);}#endif（2）实现效果：六．实验小结：DES数据加密标准是对称密码体制的杰出代表。