DES加密算法的Java实现

1、JAVA实现DES加密算法 学号：091401223 姓名：高玉林 信息安全概论Java实现DES加密算法目录DES算法概述3DES的加密过程4DES算法细节4DES的解密过程8源代码与结果（使用Java实现）9源代码9运行结果截图21默认密钥（“这不是密码”）21用户自定义密钥（以“nuaasillydes”为例）21总结22DES算法概述DES全称为Data Encryption Standard，即数据加密标准，是一种使用密钥加密的块算法。它是ANSI的数据加密算法和ISO的DEA-1，成为一个世界范围内的标准已经近30年。尽管DES带有过去时代的特征，但是它很好的抵抗住了多年的密码分析

2、，除可能的最强有力的敌手外，对其他的攻击仍是安全的。DES是一个分组加密算法，它以64位为一组对数据进行加密。64位一组的明文从算法的一端输入，64位的密文从另一端输出。DES是一个对称算法：加密与解密用的是同一算法（除密钥编排不同以外）。密钥的长度为56位，通常表示为64位的数，但是每个第八位都用作奇偶校验，可以忽略。密钥可以是任意的56位的数，且可在任意的时候改变。DES的整体结构为：DES的加密过程DES的加密过程如下。（1）64位的密钥经子密钥产生算法产生出16个子密钥K1,K2,K16，分别供第1次，第2次，第16次加密迭代使用。（2）64位明文首先经过初始置换IP（Initial

3、Permutation），将数据打乱重新排列并分成左右两半。左边32位构成L，右边32为构成R。（3）由加密函数f实现子密钥k1对R0的加密，结果得到32位的数据组f（R0,K1）。F(R0,K1)再与L0异或，又得到一个32位的数据组L0f(R0,K1)。以L0f(R0,K1)作为第2次加密迭代的R1，以R0作为第2次加密迭代的L1。至此，第1次加密迭代结束。（4）第2次加密迭代至第16次加密迭代分别用子密钥K1,K2,K16进行，其过程与第1次加密过程相同。（5）第16次加密迭代后，左右部分并未交换，而是将R16与L16并在一起形成一个分组作为末置换（逆初始置换IP-1）的输入，将数据重新

4、排列，便得到64位明文。至此，加密过程全部结束。Li=Ri-1Ri=Li-1f(Ri-1，Ki)，其中i=1，2，3，16，表示异或综上，可将DES的加密过程用如下的数学表达式描述：DES算法细节1. 子密钥的产生64位密钥经过密钥置换、循环左移、压缩置换等变换，产生16个子密钥。子密钥的产生过程如图所示，其中产生每一个子密钥所需的循环左移位数在表中给出。表1 循环左移位数表迭代次数12345678910111213141516循环左移位数11222222122222211） 密钥置换64位的密钥分为8个字节，每个字节的前7位是真正的密钥位，而第8位是奇偶校检位。置换选择1的矩阵在表2中给出表

5、2 密钥置换574941332517915850423426181025951433527191136052443663554739312315762544638302214661534537292113528201242） 压缩置换选择出一个48位的子密钥Ki。表3 压缩置换14171124153281562110231912426816727201324152313747553040514533484449395634534642503629322. 初始置换IP初始置换IP是Des的第一步密码转换。初始置换的作用在于将64位的明文打乱重排，并分成左右两半。左边32位作为L0，右边32位作

6、为R0，供后面的加密迭代使用。初始置换IP的矩阵在表4中给出。表4 初始置换585042342618102605244362820124625446383022146645648403224168574941332517915951433527191136153453729211356355473931231573. 加密函数加密函数是DES的核心部分。它的作用是在第i轮加密迭代中用子密钥Ki对Ri-1进行加密。1）扩展置换E在第i轮迭代加密中扩展置换E对32位的Ri-1的各位进行选择和排列，产生一个48位的结果。这个操作的目的有两个方面：产生了与密钥同长度的数据以进行异或运算提供了更长的结果

7、，使得在替代 运算时能进行压缩。扩展置换E的矩阵在表5中给出。表5 扩展置换E32123454567898910111213121314151617161718192021202122232425242526272829282930313212）S-盒代替压缩后的密钥与扩展分组异或之后，将48位的结果送入，进行代替运算。替代由8个代替盒（Substitution Box）完成。每个S-盒都有6位输入，4位输出，且这8个S-盒是不同的。DES的48位输入被分为8个6位的分组，每一分租对应一个S-盒代替操作：分组1由S-1操作。分组2由S-2操作，如此等等。表6列出了所有的8个S-盒。S1:14,

8、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,S2:15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10,3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5,0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15,13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,1

9、4,9,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

10、,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,S6:12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11,10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8,9,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,6,4,3,2,12,9,5,1

11、5,10,11,14,1,7,6,0,8,13,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,

12、14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11,输入位以一种非常特殊的方式确定了S-盒的项。假定将S-盒的6位的输入标记为b1,b2,b3,b4,b5,b6，则b1和b6组合构成了一个2位的数，从0到3（二进制），它对应着表中的一行。从b2到b5构成了一个4位的数，从0到15（二进制），对应表中的一列。得到对应S-盒的数，转换成二进制即得到输出的替代值。3）P-盒置换S-盒代替运算后的32位输出依照P-盒进行置换。该置换把每一位输入位映射到输出位，任一位不能被映射两次，也不能被略去。表7给出了每位移至的位置。表7 P-盒置换1672021 29122817115232651

13、8311028241432273919133062211425最后。将P-盒置换的结果与最初的64位分组的左半部分异或，然后左右不分交换，接着开始下一轮。4. 逆初始置换IP-1逆初始置换IP-1是初始置换IP的逆置换。它把第16轮加密迭代的结果打乱重排，形成64位密文。加密过程结束。表8 逆初始置换IP-140848165624643239747155523633138646145422623037545135321612936444125220602835343115119592734242105018582633141949175725初始置换与逆初始置换的密码意义不大，因为没有密钥的参

14、与。它们的作用是把输入数据打乱重排，以打乱原始输入数据的原有格式。DES的解密过程由于Des的运算是对称算法，所以加密和解密可共用同一个运算，只是子密钥使用的顺序不同。把64位密文当做明文输出，而且第1轮解密迭代使用子密钥K16，第2轮解密迭代使用K15，第16轮解密迭代使用子密钥K1，最后输出的便是64为明文。解密过程可用如下的数学公式描述：Li=Ri-1Li-1=Rif(Li，Ki)，其中i=1，2，3，16，表示异或源代码与结果（使用Java实现）源代码package des;import java.util.Scanner;public class FinalDES / IP：初始置换

15、 IPundo：逆初始置换private static final int IP = 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 ; / 64private s

16、tatic final int IPundo = 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 ; / 64/* * 将DES的密钥由64位减到56位 PC_ji

17、anduan 密钥置换 PC_yasuo 压缩置换 从56位中选取48位 */private static final int PC_jianduan = 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 ; / 56priv

18、ate static final int PC_yasuo = 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 ; / 48/* * 扩展置换E P-盒置换 */private static final int E = 32, 1, 2, 3, 4, 5, 4, 5, 6, 7, 8,

19、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 ; / 48private static final int P = 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 ; / 32/*

20、 * S-盒代替 */private static final int S_Box = /S_Box1 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 , /S_Box2 15, 1, 8, 14, 6, 11,

21、 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 , /S_Box3 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

22、, 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 , /S_Box4 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 ,

23、 3, 15, 0, 6, 10, 1, 13, 8, 9, 4, 5, 11, 12, 7, 2, 14 , /S_Box5 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 , /S_Box6 12, 1, 1

24、0, 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 , /S_Box7 4, 11, 2, 14, 15, 0, 8, 13, 3, 12, 9, 7, 5, 10, 6, 1 , 13, 0, 11, 7, 4, 9, 1, 10

25、, 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 , /S_Box8 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, 1

26、5, 3, 5, 8 , 2, 1, 14, 7, 4, 10, 8, 13, 15, 12, 9, 0, 3, 5, 6, 11 ;/* * 每轮移动的位数 */private static final int LeftMove = 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2,2, 2, 2, 1 ;private byte key1;/* * 构造函数 * param key 密钥 */public FinalDES(String key) this.key1 = key.getBytes();/* * 将byte类型转换成二进制 * * param key2 *

27、 return */public int ByteToInt(byte key2) int a = new int64;int temp = new int8;/for (int i = 0; i < key2.length; i+) /System.out.println(key2i);/for (int i = 0; i < 8; i+) tempi = key2i;if (tempi < 0) tempi += 256;tempi %= 256;for (int i = 0; i < 8; i+) for (int j = 0; j < 8; j+) a(i

28、 * 8) + 7) - j = tempi % 2;tempi = tempi / 2;/for (int i = 0; i < key2.length; i+) /System.out.println(ai);/return a;/* * * 密钥置换之后移位 分为左右两个部分，分别进行移位 * * param key * 置换之后的密钥 * param count * 第count轮运算 * return 返回移动之后的密钥 */public void setLeftMove(int key, int count) int left = new int28;int right =

29、new int28;int left1 = new int28;int right1 = new int28;for (int i = 0; i < left.length; i+) lefti = keyi;righti = keyi + 28;if (LeftMovecount = 1) for (int i = 0; i < left.length - 1; i+) left1i = lefti + 1;right1i = righti + 1;left127 = left0;right127 = right0;if (LeftMovecount = 2) for (int

30、i = 0; i < left.length - 2; i+) left1i = lefti + 2;right1i = righti + 2;left127 = left1;right127 = right1;left126 = left0;right126 = right0;for (int i = 0; i < left.length; i+) keyi = left1i;keyi + 28 = right1i;/* * 合并数组 * * param after * 是合并之后的分组 是从0合并 * param insertLocation 合并的位置 * param bef

31、ore * 合并的分组 * param start * 合并开始的位置 * param length * 合并的长度 */public void merge(byte after, int insertLocation, byte before,int start, int length) for (int i = 0; i < length; i+) afteri + insertLocation = beforestart + i;/* * 密钥置换 从64位变成56位 * * param key * 原始密钥 */public int PCTrans(int key) int re

32、sult = new int56;for (int i = 0; i < result.length; i+) resulti = keyPC_jianduani - 1;return result;/* * 将密钥进行16次循环，存到二维数组中 每次的密钥应该为48位 * * param data * 提交的密钥应该为64位 * return */public int EveryKey(int key) int result = new int1648;int test;test = PCTrans(key);for (int i = 0; i < 16; i+) setLeft

33、Move(test, i);for (int j = 0; j < 48; j+) resultij = testPC_yasuoj - 1;return result;/* * 异或运算 * * param a * param b * return */public int XOR(int a, int b) int result = new intb.length;for (int i = 0; i < b.length; i+) /resulti = ai = bi ? 1 : 0;resulti = ai + bi;if (ai + bi = 2) resulti = 0;

34、return result;/* * 对右半部分的扩展置换 32-48位 同时进行与密钥的异或 * * param right * count 第几轮运算 * author dadan * return */public int EtransAndXOR(int right, int count, int EveryKey) int resultSet = new int48;for (int i = 0; i < 48; i+) resultSeti = rightEi - 1;int result = XOR(resultSet, EveryKeycount);return resu

35、lt;/* * S-盒代替 48位32位 P-盒置换 * * param data * 压缩后的密钥与扩展分组异或成的48位 * return */public int SBoxAndPTrans(int data) /for (int i = 0; i < data.length; i+) /System.out.println(datai);/没问题int temp = new int86;int S_box_value = new int8;int resultSet = new int32;int result = new int32;for (int i = 0; i <

36、 8; i+) for (int j = 0; j < 6; j+) tempij = datai * 6 + j;/ 取出S_BOX中的十进制数并转化为二进制/直接使用乘以2的n次方表示S_box_valuei = S_Boxitempi0 * 2 + tempi5tempi1* 8 + tempi2 * 4 + tempi3 * 2 + tempi4;for (int k = 0; k < 4; k+) resultSet(i * 4 + 3) - k = S_box_valuei % 2;S_box_valuei = S_box_valuei / 2;/for (int i

37、= 0; i < resultSet.length; i+) /System.out.println(resultSeti);/ 进行P-盒置换for (int i = 0; i < 32; i+) resulti = resultSetPi - 1;return result;/* * 进行密钥的每一次置换 * * param data * 密钥 64位 * param count * 轮数 * param isEncrypt * 加密=1，解密=0 * param everyKey * 16次循环的二维数组 */public void everychange(int data,

38、 int count, int isEncrypt,int everyKey) int left = new int32;int right = new int32;int left1 = new int32;int right1 = new int32;for (int i = 0; i < right1.length; i+) lefti = datai;righti = datai + 32;int temp = SBoxAndPTrans(EtransAndXOR(right, count, everyKey);right1 = XOR(temp, left);for (int

39、i = 0; i < 32; i+) left1i = righti;/for (int i = 0; i < temp.length; i+) /System.out.println(tempi);/ if (isEncrypt = 1) && (count = 15) | (isEncrypt = 0)&& (count = 0) for (int j = 0; j < 32; j+) dataj = right1j;dataj + 32 = left1j;else for (int j = 0; j < 32; j+) dataj

40、= right1j;dataj + 32 = left1j;/* * 将最终的结果64位二进制数据转换成byte * * param data * return */public byte changeResultToByte(int data) byte result = new byte8;for (int i = 0; i < 8; i+) for (int j = 0; j < 8; j+) /resulti += data8 * i + j *( 2 (7 - j); 发现加密错误 找到是这里的错误 以为2的n次方是2n ?!/2的n次方 在java中应为 Math.po

41、w(2,n)resulti += data8 * i + j * Math.pow(2, (7 - j);for (int i = 0; i < 8; i+) resulti %= 256;if (resulti > 128) resulti -= 255;return result;/* * 不足8位 进行补充 * 补充的数为待补充的位数 这样可以在去除补充位数的得到删除位数 * param data * return */public byte addByte(byte data) int datalength = data.length;int addlength = 8 -

42、 (datalength % 8);/注意：解密过程中由增加了8位int totalLength = datalength + addlength;byte result = new bytetotalLength;merge(result, 0, data, 0, datalength);for (int i = datalength; i < result.length; i+) resulti = (byte) addlength;return result;/* * 整合的加密过程 * param data 待加密的数据 * param isEnceypt 加密/解密 1加密 0

43、加密 * return */public byte finalencrypt(byte data, int isEnceypt) byte wholekey = addByte(key1);byte wholedata = addByte(data);int wholecount = wholedata.length / 8;byte result = new bytewholedata.length;/将超出64位的数据分次进行加密for (int i = 0; i < wholecount; i+) byte tempkey = new byte8;byte tempdata = n

44、ew byte8;merge(tempkey, 0, wholekey, 0, 8);merge(tempdata, 0, wholedata, i * 8, 8);byte tempResult = finalDES(tempdata, tempkey, isEnceypt);merge(result, i * 8, tempResult, 0, 8);/将分次加密的数据进行整合/ 解密过程 去除补充位byte deciphering = null;if (isEnceypt = 0) int deleteLenght = resultwholedata.length - 9;/-9 = -

45、8 -1 -8的原因是在解密过程中addbyte()又加入了8位deleteLenght = (deleteLenght >= 1) && (deleteLenght <= 8) ? deleteLenght: 0;/判断是否有补充位deciphering = new bytewholedata.length - 8;/-8的原因是在解密过程中addbyte()又加入了8位boolean delete = true;/判断是否为补充位for (int i = 0; i < deleteLenght; i+) /最后确认最后的连续deleteLenght长度是否

46、都为补充位/不是则没有补充位if (deleteLenght != resultwholedata.length - 9 - i) delete = false;if (delete = true) merge(deciphering, 0, result, 0, wholedata.length- deleteLenght - 8);return (isEnceypt = 1) ? result : deciphering;/* * 进行加密/解密 * param data * param key * param isEncrypt * return */public byte finalD

47、ES(byte data, byte key, int isEncrypt) int everykey = EveryKey(ByteToInt(key);byte result = Encrypt(ByteToInt(data), isEncrypt, everykey);return result;/* * 加密/解密过程 * param data * param isEncrypt * param everykey * return */public byte Encrypt(int data, int isEncrypt, int everykey) int IPdata = new int64;int ResetIPdata = new int64;for (int i = 0; i < IPdata.length; i+) IP