密码学实验报告

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 勺加、解密：1) 编程构造 DES 勺密钥；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

2、面把32位输入扩展为 48 位，算法中除了 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

3、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：64位明文串輸人经过宣换IPL2=R1R2=LlOfl：Rl.ia)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:形成 16 套加密密钥:key0, key1 , key2,.key14 , key15.PC-1KI匕特J石第比特DO1LSIL=R15, R=L15 f(R15,K16) f(R15,K16

4、)=L15 同理 R15=L14 f(R14,K15), L15=R14。同理类推：得 L=RO, R=L0。COClDI.K1P3比恃)JPG? .LSLi?LSL5CidDIOJPCIL_ Kigali特)3) 解密DES 的解密过程和DES 勺加密过程完全类似，只不过将16圈的子密钥序列K1,K2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：K16Rlt5-L15 S7U5KLlt5=R15 PC-2LS2lLS23.密钥生成(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 , k也坷也5嗚去除 64 位密码

5、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) AB(1) = ?(1) B第 i 次迭代：A(i) = ?(i) A(i-1)B(i) = ?(i) B(i-1)(4)密钥的选取在(3)步中第 i 次迭代生成

6、的两个 28 位长的密钥为-匚一閃=眇眇曲員帆吧叫肉丁把亠合并=亡r(i)rCi)r(i)厂& 2C3 .4 47c43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

7、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。Dala D D;巧呛(2) 数据扩展第一次迭代以上步生成的 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：E 切】32= D1DA. .D31D32门皿=叫电空.，尽1甩=D33E)34 3九一.旳園保持 left 不变,nght屯庐辰也尼的把扩展后的 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_ I 1:形成一个新的 48 位的 right.right =尺R2R3.氏护：(3)数据

8、压缩在 1.2.3 步中形成了 48 位的 right 值，right氏足冷R的需要把 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 = b1b3.b6= R?RgR9R10R11R12cclc2c5=叫洱4尺1声1再內呂d = d心 =叫西D电1%匹貝4亡=勺勺 = 屯尹釜匹9屯0呂=呂1出気三屯h = h心堀=环弘屉1%6%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

9、样就完成了从 48 位向 32 位数据的转换.际嘉叽略4|=|尺匹耳內屜有些资料中介绍 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 rightright R也也.Rg|R2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.right =R16R7R20.R4It!J（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

10、 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，Data-DjD. D慣D& 【也$ ,】涉昆盼也2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