基于DES算法的数据加密解密的软件实现摘要随着信息社会的到来,人们在享受信息资源所带来的巨大的利益的同时,也面临着信息安全的严峻考验。
信息安全已经成为世界性的现实问题,信息安全问题已威胁到国家的政治、经济、军事、文化、意识形态等领域,同时,信息安全问题也是人们能否护自己的个人隐私的关键。
信息安全是社会稳定安全的必要前提条件。
本文是一篇讨论关于常用文件加密解密算法的技术调研论文,它详细的讲述了文件加密解密算法实现的过程中所用到的方法、技术。
对公钥密码体制和私钥密码体制进行了分析和研究,并对公钥密码体制和私钥密码体制的代表DES算法进行了研究。
关键字:文件解密,文件加密,密码体制,DES。
第一章 DES算法的技术背景介绍1.1 背景与意义DES是由美国IBM公司于20世纪70年代中期的密码算法发展而来的,在1977年1月15日,美国国家标准局正式公布实施,并得到了ISO的认可。
在过去近20年的时间里,DES被广泛应用于美国联邦和各种商业信息的安全保密工作中,经受信了各种密码分析和攻击,体现出了令人满意的字全性。
但随着密码分析技术和计算能力的提高,1994年,美国决定不再使用DES算法,目前DES算法已被更为安全的加解密算法取代。
虽然这样,但是目前还无法将DES加密算法彻底破解掉,而且DES算法的加解密算法非常快,仍是目前使用最为普遍的对称密码算法。
在国内,随着三金工程尤其是金卡工程的启动,DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡、加汕站、高速公路收费站等领域被广泛应用,以此来实现关键数据的保密,如信用卡人的PIN码加密伟输,IC卡与POS机之间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等,均用到DES算法。
1.2 系统设计1.2.1 系统主要目标基本要求部分:1.能够对一个明文分组进行加密,加密后能够正确解密。
2.程序运行时可以输出任一组密钥。
因为实现了对任意长度明加密,所以没输出每一轮加密后的结果。
因为当明文长度过长时,每一轮加密结果会很多。
3.程序有良好的人机交互操作。
较高要求部分:1.如果明文不止一个分组,程序能完成分组,然后加密;最后一个分组长度不足时要求完成填充。
2.密钥采用ASCII码,明文输入信息可以是文字(可以是汉字或英文,要求不止一个加密分组长度),任意字符。
进行加密后,能够进行正确的解密。
3. 程序代码有比较好的结构,模块划分合理,用类进行封装,通过调用类的成员函数实现加密解密功能。
1.2.2 运行环境本软件用C#语言编写,编写时所用的工具主要是Visual Studio。
编辑成功后的.EXE文件可以在装有windows系统的任何计算机上使用。
测试平台:Windows XP Professional使用软件:Microsoft Visual Studio 2005。
1.2.3功能模块密钥模块、加密模块、解密模块。
第二章相关技术的介绍和发展2.1 DES算法介绍DES算法为密码体制中的对称密码体制,又被成为美国数据加密标准,是1972年美国IBM公司研制的对称密码体制加密算法。
其密钥长度为56位,明文按64位进行分组,将分组后的明文组和56位的密钥按位替代或交换的方法形成密文组的加密方法。
DES加密算法特点:分组比较短、密钥太短、密码生命周期短、运算速度较慢。
DES工作的基本原理是,其入口参数有三个:key、data、mode。
key为加密解密使用的密钥,data为加密解密的数据,mode为其工作模式。
当模式为加密模式时,明文按照64位进行分组,形成明文组,key用于对数据加密,当模式为解密模式时,key用于对数据解密。
实际运用中,密钥只用到了64位中的56位,这样才具有高的安全性。
DES( Data Encryption Standard)算法,于1977年得到美国政府的正式许可,是一种用56位密钥来加密64位数据的方法。
虽然56位密钥的DES算法已经风光不在,而且常有用Des加密的明文被破译的报道,但是了解一下昔日美国的标准加密算法总是有益的,而且目前DES 算法得到了广泛的应用,在某些场合,仍然发挥着余热。
2.2 问题解决思路基本要求部分能够对一个明文分组进行加密,加密后能够正确解密。
程序运行时可以输出任一组密钥。
因为实现了对任意长度明加密,所以没输出每一轮加密后的结果。
因为当明文长度过长时,每一轮加密结果会很多。
程序有良好的人机交互操作。
较高要求部分如果明文不止一个分组,程序能完成分组,然后加密;最后一个分组长度不足时要求完成填充。
密钥采用ASCII码,明文输入信息可以是文字(可以是汉字或英文,要求不止一个加密分组长度),任意字符。
进行加密后,能够进行正确的解密。
程序代码有比较好的结构,模块划分合理,用类进行封装,通过调用类的成员函数实现加密解密功能。
2.3 DES算法的发展历程本世纪五十年代以来,密码学研究领域出现了最具代表性的两大成就。
其中之一就是1971年美国学者塔奇曼(Tuchman)和麦耶(Meyer)根据信息论创始人香农(Shannon)提出的“多重加密有效性理论”创立的,后于1977年由美国国家标准局颁布的数据加密标准。
DES密码实际上是Lucifer密码的进一步发展。
它是一种采用传统加密方法的区组密码。
它的算法是对称的,既可用于加密又可用于解密。
美国国家标准局1973年开始研究除国防部外的其它部门的计算机系统的数据加密标准,于1973年5月15日和1974年8月27日先后两次向公众发出了征求加密算法的公告。
加密算法要达到的目的通常称为DES密码算法要求主要为以下四点:提供高质量的数据保护,防止数据未经授权的泄露和未被察觉的修改;具有相当高的复杂性,使得破译的开销超过可能获得的利益,同时又要便于理解和掌握DES密码体制的安全性应该不依赖于算法的保密,其安全性仅以加密密钥的保密为基础实现经济,运行有效,并且适用于多种完全不同的应用。
1977年1月,美国政府颁布:采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准(DES枣Data Encryption Standard)。
目前在这里,随着三金工程尤其是金卡工程的启动,DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡(IC卡)、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用,以此来实现关键数据的保密,如信用卡持卡人的PIN的加密传输,IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等,均用到DES算法。
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。
DES算法是这样工作的: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。
通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key,便能更进一步提高数据的保密性,这正是现在金融交易网络的流行做法。
第三章 DES算法的应用3.1 DES算法详述DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块,它所使用的密钥也是64位,其功能是把输入的64位数据块按位重新组合,并把输出分为L0 、R0两部分,每部分各长32位,其置换规则见下表:58,50,12,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,57,49,41,33,25,17, 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,即将输入的第58位换到第一位,第50位换到第2位,......,依此类推,最后一位是原来的第7位。
L0、R0则是换位输出后的两部分,L0是输出的左32位,R0 是右32位,例:设置换前的输入值为D1D2D3......D64,则经过初始置换后的结果为:L0=D550 (8)R0=D57D49 (7)经过26次迭代运算后,得到L16、R16,将此作为输入,进行逆置换,即得到密文输出。
逆置换正好是初始置的逆运算,例如,第1位经过初始置换后,处于第40位,而通过逆置换,又将第40位换回到第1位,其逆置换规则如下表所示: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,单纯换位表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, 4,25,3.2 功能模块的应用3.2.1密钥模块private void Key(string str)//此函数用来获取密钥的数组str是密钥字符串,最后得到钥密二进制数组.用一个类成员数组key来存放。
private void KeyBuild()//此函数用来构造16轮子密钥private void Keycreate(int[] midkey2,int movebit, int n)//此函数用来实现循环左移,同时进行PC2置换上面二个函数用来产生16轮密钥,最后存放在类成员二维数组keyArray中。
private void ShowKey()//此函数用来显示密钥3.2.2加密模块private void button2_Click(object sender, EventArgs e)//加密事件加密事件包含了ArrayDes()函数;private void ArrayDes()//此函数用来对明文分组加密ArrayDes()包含PlainArray()、Key()、KeyBuild()、Keycreate()、ShowKey()和Des()函数,private void PlainArray(string str)//此函数用来获取明文字符串的二进制数组。