weixin_40725706

这个屌丝很懒，什么也没留下！

热门标签

DES算法的介绍和实现_des实现类

作者：weixin_40725706 | 2024-05-14 16:12:44

踩

des实现类


::首页 >> 文档中心 >> 在线杂志 >> 加解密	[ 在线杂志第14期 ]



[ 原创文档本文适合高级读者已阅读17491次 ]

DES算法的介绍和实现(上)
作者:西安吴真

下载本文配套源代码(DES算法文件加密工具)

一.DES算法介绍

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,她仍然发挥着余热^_^.

1.1 密钥生成

1.1.1 取得密钥

从用户处取得一个64位(本文如未特指，均指二进制位))长的密码key ,

去除64位密码中作为奇偶校验位的第8、16、24、32、40、48、56、64位,剩下的56位作为有效输入密钥.

1.1.2 等分密钥

表1.

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	50	44	36

表2.

65	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

把在1.1.1步中生成的56位输入密钥分成均等的A,B两部分,每部分为28位,参照表1和表2把输入密钥的位值填入相应的位置. 按照表1所示A的第一位为输入的64位密钥的第57位，A的第2位为64位密钥的第49位，...，依此类推，A的最后一位最后一位是64位密钥的第36位。

1.1.3 密钥移位

表3.

i	1	2	3	4	5	6	7	8
ǿ	1	1	2	2	2	2	2	2
i	9	10	11	12	13	14	15	16
ǿ	1	2	2	2	2	2	2	1

DES算法的密钥是经过16次迭代得到一组密钥的,把在1.1.2步中生成的A,B视为迭代的起始密钥,表3显示在第i次迭代时密钥循环左移的位数. 比如在第1次迭代时密钥循环左移1位,第3次迭代时密钥循环左移2位.
第9次迭代时密钥循环左移1位,第14次迭代时密钥循环左移2位.

第一次迭代:
A(1) = ǿ(1) A
B(1) = ǿ(1) B
第i次迭代:
A(i) = ǿ(i) A(i-1)
B(i) = ǿ(i) B(i-1)

1.1.4 密钥的选取

表4.

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

在1.1.3步中第i次迭代生成的两个28位长的密钥为

把

合并

按照表4所示k的第一位为56位密钥的第14位，k的第2位为56位密钥的第17位，...，依此类推，k的最后一位最后一位是56位密钥的第32位。生成与进行第i次迭代加密的数据进行按位异或的48位使用密钥:

1.1.5迭代
DES算法密钥生成需要进行16次迭代,在完成16次迭代前,循环执行1.1.3-1.1.4步.
最终形成16套加密密钥:key[0] , key[1] , key[2] ,…. key[14] , key[15] .

1. 2 数据的加密操作

1.2.1 取得数据
把明文数据分成64位的数据块，不够64位的数据块以适当的方式补足。

1.2.2 初始换位

表5.

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

按照表5所示把输入的64位数据的原第58位换到第一位,原第50位换到第二位，...，依此类推,最后的得到新的64位数据.
OldData

newData

1.2.3 数据扩展

表6.

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

第一次迭代以1.2.2步中生成的newData作为输入数据,第i (i > 1)次迭代以第i-1次的64位输出数据为输入数据,把64位数据按位置等分成左右两部分:

保持left不变,根据表6把right由32位扩展成48位

把扩展后的48位right与第i次迭代生成的48位加密密钥进行按位异或操作

形成一个新的48位的right.

1.2.4 数据压缩

表7.1

	1	2	3	4	5	6	7	8
1-8	0xe	0x0	0x4	0xf	0xd	0x7	0x1	0x4
9-16	0x2	0xe	0xf	0x2	0xb	0xd	0xb	0xe
17-24	0x3	0xa	0xa	0x6	0x6	0xc	0xc	0xb
25-32	0x5	0x9	0x9	0x5	0x0	0x3	0x7	0x8
33-40	0x4	0xf	0x1	0xc	0xe	0x8	0x8	0x2
41-48	0xd	0x4	0x6	0x9	0x2	0x1	0xb	0x7
49-56	0xf	0x5	0xc	0xb	0x9	0x3	0x7	0xe
57-64	0x3	0xa	0xa	0x0	0x5	0x6	0x0	0xd

表7.2

	1	2	3	4	5	6	7	8
1-8	0xf	0x3	0x1	0xd	0x8	0x4	0xe	0x7
9-16	0x6	0xf	0xb	0x2	0x3	0x8	0x4	0xf
17-24	0x9	0xc	0x7	0x0	0x2	0x1	0xd	0xa
25-32	0xc	0x6	0x0	0x9	0x5	0xb	0xa	0x5
33-40	0x0	0xd	0xe	0x8	0x7	0xa	0xb	0x1
41-48	0xa	0x3	0x4	0xf	0xd	0x4	0x1	0x2
49-56	0x5	0xb	0x8	0x6	0xc	0x7	0x6	0xc
57-64	0x9	0x0	0x3	0x5	0x2	0xe	0xf	0x9

表7.3

	1	2	3	4	5	6	7	8
1-8	0xa	0xd	0x0	0x7	0x9	0x0	0xe	0x9
9-16	0x6	0x3	0x3	0x4	0xf	0x6	0x5	0xa
17-24	0x1	0x2	0xd	0x8	0xc	0x5	0x7	0xe
25-32	0xb	0xc	0x4	0xb	0x2	0xf	0x8	0x1
33-40	0xd	0x1	0x6	0xa	0x4	0xd	0x9	0x0
41-48	0x8	0x6	0xf	0x9	0x3	0x8	0x0	0x7
49-56	0xb	0x4	0x1	0xf	0x2	0xe	0xc	0x3
57-64	0x5	0xb	0xa	0x5	0xe	0x2	0x7	0xc

表7.4

	1	2	3	4	5	6	7	8
1-8	0x7	0xd	0xd	0x8	0xe	0xb	0x3	0x5
9-16	0x0	0x6	0x6	0xf	0x9	0x0	0xa	0x3
17-24	0x1	0x4	0x2	0x7	0x8	0x2	0x5	0xc
25-32	0xb	0x1	0xc	0xa	0x4	0xe	0xf	0x9
33-40	0xa	0x3	0x6	0xf	0x9	0x0	0x0	0x6
41-48	0xc	0xa	0xb	0xa	0x7	0xd	0xd	0x8
49-56	0xf	0x9	0x1	0x4	0x3	0x5	0xe	0xb
57-64	0x5	0xc	0x2	0x7	0x8	0x2	0x4	0xe

表7.5

	1	2	3	4	5	6	7	8
1-8	0x2	0xe	0xc	0xb	0x4	0x2	0x1	0xc
9-16	0x7	0x4	0xa	0x7	0xb	0xd	0x6	0x1
17-24	0x8	0x5	0x5	0x0	0x3	0xf	0xf	0xa
25-32	0xd	0x3	0x0	0x9	0xe	0x8	0x9	0x6
33-40	0x4	0xb	0x2	0x8	0x1	0xc	0xb	0x7
41-48	0xa	0x1	0xd	0xe	0x7	0x2	0x8	0xd
49-56	0xf	0x6	0x9	0xf	0xc	0x0	0x5	0x9
57-64	0x6	0xa	0x3	0x4	0x0	0x5	0xe	0x3

表7.6

	1	2	3	4	5	6	7	8
1-8	0xc	0xa	0x1	0xf	0xa	0x4	0xf	0x2
9-16	0x9	0x7	0x2	0xc	0x6	0x9	0x8	0x5
17-24	0x0	0x6	0xd	0x1	0x3	0xd	0x4	0xe
25-32	0xe	0x0	0x7	0xb	0x5	0x3	0xb	0x8
33-40	0x9	0x4	0xe	0x3	0xf	0x2	0x5	0xc
41-48	0x2	0x9	0x8	0x5	0xc	0xf	0x3	0xa
49-56	0x7	0xb	0x0	0xe	0x4	0x1	0xa	0x7
57-64	0x1	0x6	0xd	0x0	0xb	0x8	0x6	0xd

表7.7

	1	2	3	4	5	6	7	8
1-8	0x4	0xd	0xb	0x0	0x2	0xb	0xe	0x7
9-16	0xf	0x4	0x0	0x9	0x8	0x1	0xd	0xa
17-24	0x3	0xe	0xc	0x3	0x9	0x5	0x7	0xc
25-32	0x5	0x2	0xa	0xf	0x6	0x8	0x1	0x6
33-40	0x1	0x6	0x4	0xb	0xb	0xd	0xd	0x8
41-48	0xc	0x1	0x3	0x4	0x7	0xa	0xe	0x7
49-56	0xa	0x9	0xf	0x5	0x6	0x0	0x8	0xf
57-64	0x0	0xe	0x5	0x2	0x9	0x3	0x2	0xc

表7.8

	1	2	3	4	5	6	7	8
1-8	0xd	0x1	0x2	0xf	0x8	0xd	0x4	0x8
9-16	0x6	0xa	0xf	0x3	0xb	0x7	0x1	0x4
17-24	0xa	0xc	0x9	0x5	0x3	0x6	0xe	0xb
25-32	0x5	0x0	0x0	0xe	0xc	0x9	0x7	0x2
33-40	0x7	0x2	0xb	0x1	0x4	0xe	0x1	0x7
41-48	0x9	0x4	0xc	0xa	0xe	0x8	0x2	0xd
49-56	0x0	0xf	0x6	0xc	0xa	0x9	0xd	0x0
57-64	0xf	0x3	0x3	0x5	0x5	0x6	0x8	0xb

在1.2.3步中形成了48位的right值,

需要把48位的right值转换成32位的right值.把right视为由8个6位二进制块组成,

a,b….h都是6位,强制转换成10进制整数的值都不大于64 ,a,b…h转成10进制整数后,在对应的表中根据转换后整数值取得对应位置的替代值,
a对应表7.1
b对应表7.2
c对应表7.3
d对应表7.4
e对应表7.5
f对应表7.6
g对应表7.7
h对应表7.8
比如:
a = 32 ,那么到表7.1中找到32的位置,把对应的替代值0x8赋给a;
d = 53 ,那么到表7.4中找到的位置,把对应的替代值 0x3赋给d ;
g = 16, 那么到表7.7中找到16的位置,把对应的替代值0xa赋给g;
每6位用一个4位替换这样就完成了从48位向32位数据的转换.

有些资料中介绍6位转4位的实现方法与本文所采用的不同,但殊途同归,最终的结果是相同的.

1.2.5 数据换位

表8

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

把1.2.4步形成的32位right

根据表8进行转换:
数据的原第16位换到第一位,原第7位换到第二位，...，依此类推,最后得到新的32位数据.

1.2.6 交换数据
把right 和left按位异或后的值赋给right,然后将本轮输入的原始right值赋给left.

1.2.7 迭代
DES算法需要进行16次迭代,在完成16次迭代前,把第i-1次得到的的left和right的值作为第i次的输入数据,重复1.2.3~1.2.6的步骤,但是有一点要记住:在步骤1.2.3中第i次迭代要选择第i次迭代生成的密钥与数据进行按位异或.

1.2.8 数据整理

表9

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

为保证加密和解密的对称性,DES算法的前15次迭代每完成一次迭代都要交换left和right的值,第16次迭代不交换两者的数值. 到此把32位的left和right合并成64位的Data

根据表9重新调整Data的位值
数据的原第40位换到第一位,原第8位换到第二位，...，依此类推,最后的得到新的64位.

Data即为密文.

1.3 数据的解密
数据解密的算法与加密算法相同,区别在于1.2.3步中和数据进行按位异或的密钥的使用顺序不同,在加密中是按照第i次迭代就采用第i次迭代生成的密钥进行异或,而解密时第i次迭代就采用第17-i次迭代生成的密钥和数据进行异或.

二.算法实现

笔者用c语言编写了的基于DES算法的核心加密解密程序并针对不同的加密解密需求封装了6个接口函数.

2. 1 算法实现接口函数的介绍

2.1.1 int des(char *data, char *key,int readlen)
参数:
1.存放待加密明文的内存指针(长度为readlen,可能经过填充;
2.存放用户输入的密钥内存的指针
3.待加密明文的长度(8字节的倍数)
功能:
生成加密密钥,把待加密的明文数据分割成64位的块,逐块完成16次迭代加密,密文存放在data所指向的内存中.

2.1.2 int Ddes(char *data, char *key,int readlen)
参数:
1.存放待解密文的内存指针(长度为readlen,可能经过填充;
2.存放用户输入的密钥内存的指针
3.待解密文的长度( 8字节的倍数)
功能:
生成解密密钥,把待解密文分割成64位的块,逐块完成16次迭代解密,解密后的明文存放在data所指向的内存中.

2.1.3 int des3(char *data, char *key, int n ,int readlen)
参数:
1.存放待加密明文的内存指针(长度为readlen,可能经过填充;
2.存放用户输入的密钥内存的指针
3.用户指定进行多少层加密
4.待加密明文的长度(8字节的倍数)
功能:
生成加密密钥,把待加密的明文分割成64位的块,把第i-1层加密后的密文作为第i层加密的明文输入,根据用户指定的加密层数进行n层加密,最终生成的密文存放在data所指向的内存中.
说明:
用户仅仅输入一条密钥,所有的加密密钥都是由这条密钥生成.

2.1.4 int Ddes3(char *data, char*key, int n ,int readlen)
参数:
1.存放待解密文的内存指针(长度为readlen,可能经过填充;
2.存放用户输入的密钥内存的指针
3.用户指定进行多少层解密
4.待解密文的长度(8字节的倍数)
功能:
生成解密密钥,把待解密文分割成64位的块,把第i-1层解密后的"明文"作为第i层解密的密文输入,根据用户指定的解密层数进行n层解密,最终生成的明文存放在data所指向的内存中.
说明:
用户仅仅输入一条密钥,所有的解密密钥都是由这条密钥生成.

2.1.5 int desN(char*data,char**key,int n_key,int readlen)
参数:
1.存放待加密明文的内存指针(长度为readlen,可能经过填充;
2.存放用户输入的密钥内存的指针
3.用户指定了多少条密钥
4.待加密明文的长度(8字节的倍数)
功能:
生成加密密钥,把待加密的明文分割成64位的块,把第i-1层加密后的密文作为第i层加密的明文输入,根据用户指定的加密层数进行n层加密,最终生成的密文存放在data所指向的内存中.
说明:
这里用户通过输入的密钥条数决定加密的层数,每轮16次迭代加密所使用的加密密钥是由用户自定的对应密钥生成.

2.1.6 int DdesN(char*data,char**key,intn_key,int readlen)
参数:
1.存放待解密文的内存指针(长度为readlen,可能经过填充;
2.存放用户输入的密钥内存的指针
3.用户指定了多少条密钥
4.待解密文的长度(8字节的倍数)
功能:
生成解密密钥,把待解密文分割成64位的块,把第i-1层解密后的”明文”作为第i层解密的密文输入,根据用户指定的解密层数进行n层解密,最终生成的明文存放在data所指向的内存中.
说明:
这里用户通过输入的密钥条数决定解密的层数,每轮16次迭代加密所使用的解密密钥是由用户自定的对应密钥生成.

源代码说明:
这是一个有关DES算法实现文件加密工具的代码,我把算法实现的代码封装在了一个DLL中.工程中已经把环境设置好了,无论选择Debug版本还是Release版本只需直接编译就行了.使用时把.exe文件和.dll文件拷贝到同一个目录中即可

DES算法的介绍和实现(下)

作者信息:
地址:西安沣惠南路8号西安大唐电信数据通信部(邮编 710075)
电话:029-8379381
E-Mail:hitwz@163.com

最新评论 [发表评论] [文章投稿]

查看所有评论

推荐给好友

打印

fgh ( yasi_520 发表于 2003-8-13 9:52:00)

.......................................................
More...

声明：本文内容由网友自发贡献，不代表【wpsshop博客】立场，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有侵权的内容，请联系我们。转载请注明出处：https://www.wpsshop.cn/w/weixin_40725706/article/detail/569166