密码学应用与实践课程实验报告

1、.密码学应用与实践课程实验报告实验1：实现DES密码体制一、实验目的1. 编写程序实现DES的加、解密：1）编程构造DES的密钥；2）应用上述获得的密钥将一段英文或文件进行加、解密。2. 用DES算法实现口令的安全二、实验内容1. DES原理DES综合运用了置换，代换，移位多种密码技术，是一种乘积密码。在算法结构上采用迭代结构，从而使其结构清晰，调理清楚，算法为对合运算，便于实现，运行速度快。DES使用了初始置换IP和IP-1各一次（相应的置换看算法描述图表）置换P16次，安排使用这3个置换的目的是把数据彻底打乱重排。选择置换E一方面把数据打乱重排，另一方面把32位输入扩展为48位，算法中除了

2、S-盒是非线性变换外，其余变换均为显示变换，所以保密的关键是选择S-盒。符合以下3条准则：（1）对任何一个S-盒而言，没有任何线性方程式等价于此S-盒的输出输入关系，即是S-盒是非线性函数。（2）改变s-盒的任何一位输入，都会导致两位以上的输出改变，即满足雪崩效应。（3）当固定某一个位的输入时，S-盒的4个出位之间，其中0和1的个数之差小。这个准则的本质是数据压缩，把四位输入压缩为4位输出。选择S-盒函数的输入中任意改变数位，其输出至少变化两位。因为算法中使用了16次迭代，大大提高了保密性。2. DES算法由加密、解密和子密钥的生成三部分组成1) 加密DES算法处理的数据对象是一组64比特的明

3、文串。设该明文串为m=m1m2m64 (mi=0或1)。明文串经过64比特的密钥K来加密，最后生成长度为64比特的密文E。其加密过程图示如下：2) 子密钥的生成64比特的密钥生成16个48比特的子密钥。其生成过程见图：3) 解密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，K2K16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。第一圈：加密后的结果L=R15, R=L15f(R15,K16)f(R15,K16)=L15同理R15=L14f(R14,K15), L15=R14。同理类推：得 L=R0, R=L0。3. 密钥生成（1） 取得密

4、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.（2） 等分密钥（3） 密钥移位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. 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) = (1) A B(1) = (1) B第i次迭代:A(i) = (i) A(i-1)B(i) = (i) B(i-1)（4） 密

5、钥的选取在（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:（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（3）（4）步.最终形成16套加密密钥:key0 , key1 , key2 ,. key14 , key15 .4. 数据的加密操作（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。（2） 数据扩展第一次迭代以上步生成的newD

6、ata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,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.（3） 数据压缩在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,bh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, 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

7、.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。（4） 数据换位把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.（5） 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.（6） 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1.2.31.2.6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。（7） 数据整理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，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. 5. 数