C语言实现DES算法实验报告解析

xx工程大学

实验报告

(2015-2016学年第一学期)

报告题目： DES加密算法

课程名称： 密码学B

任课教员：

专 业：

学 号：

姓 名：

二O一六年一月十八日

一、课程概述

目的：培养学员的编程能力，理解算法原理。

要求：给出DES算法的软件实现，测试DES的加密速度。

二、设计思路

使用C++语言进行编程，简化了输入输出语句。预处理时加入了iostream包。使用了std名字空间。

加密时程序输入的明文是8个ascii码，生成一个16个16进制数的密文。

脱密时程序输入的密文是16个16进制数，生成一个8个ascii码的明文。

加脱密所用密钥均由16个16进制数组成。

其中16进制数全部使用大写字母。

程序中大量使用了的布尔数组，一个bool型变量只占用一位存储空间，比int型、char型变量要小的多。这降低了程序的空间复杂度。

三、采取的方案

本程序是将一个由8个ascii码组成的明文分组加密，生成一个由16个16进制数组成的密文。或将一个由16个16进制数组成的密文进行脱密，生成一个由8个ascii码组成的明文。所用密钥由16个16进制数组成。

本实验按照输入数据及初始置换、16圈迭代、子密钥生成和逆初始置换及输出数据四个步骤实现加密算法设计。

1、输入数据及初始置换

本程序首先会提示用户输入加密脱密识别码，加密输入1，脱密输入0，将此识别码存入整形变量o。根据o的不同值，提示用户输入8个字符(加密)或16个16进制数(脱密)。输入的明文或密文转化为二进制数后储存到布尔型数组m[65]中。

初始置换通过函数IP完成，函数输入为原始明文m，函数将输出结果保存到布尔型数组mip[65]中。函数思想为查表，含有一个整形变量数组ip[64]，保存初始变换表IP。将mip的第i位赋值为m的第ip[i]位。

2、子密钥生成

输入16个16进制数的密钥后，将密钥保存在一个16位字符数组c中，通过ToEr函数将之变为二进制数。ToEr函数输入为字符数组，通过switch语句逐个检查字符数组的每一位，将对应的四位二进制数存在64位布尔数组k中。

64 bit密钥去掉每个字节的最高位得到56 bit密钥输入，通过置换选择1变换得到和各28 bit，通过Zhihuan_1函数实现置换选择一。Zhihuan_1函数输入为二进制密钥数组k[64]，输出为C0和D0，将C0、D0分别储存在28位布尔数组C、D中。函数采用查表方式生成C0和D0。

根据迭代的轮数确定C和D移位循环的位数，主程序中利用一个16位整形数组来存放每一次循环左移的位数。循环左移通过XunHuan函数实现，函数输入为循环位数和长度为28的布尔数组(C或者D)，函数运行一次只能改变一个布尔数组的值。为了减低编程复杂度，程序使用串行方法，分两次进行C、D的移位。

每完成一次C和D的移位，进行一次置换选择二。置换选择二利用zhihuan_2函数完成。思想和Zhihuan_1函数类似。zhihuan_2函数输入为移位后的C、D，zhihuan_2函数将圈子密钥存放在16*48的二维布尔数组kk[17][49] 中。kk[i][48]表示第i圈的圈子密钥。原理图如图1所示。

脱密(o=0时)需要将圈子密钥交换，此时可利用kk[0][49]充当中间变量，无需定义新的变量减少了系统开销。

图1 圈子密钥生成算法

3、16圈迭代

DES的每一圈迭代采用的是Feistel模型，先将初始置换后的明文mip数组分成L和R两部分，先将R的内容放在等长的布尔数组T中，最后时需要将L的值赋为T。之后进入F函数，F函数原理如图2。

图2 F函数原理图

程序中的F函数输入有初始置换结果的右半部分R、圈子密钥kk、迭代圈数i。输出保存在R中。先将输入的R通过查表的方法进行E拓展，结果保存在48位布尔数组a中。再将a与圈子密钥k按位模二加。结果保存在a中。

接下来将a分成8组，分别进入8个S盒。用for控制循环8次，每次操作选用6位二进制代码的开头一位和最后一位转化成十进制数，控制S盒的行数，再将6位二进制代码的中间四位转化成十进制数，控制S盒的列数。进入第几个S盒有迭代圈数i确定。取到S盒中的十进制数后，将它转化成二进制数，储存在32位布尔数组T中，在使用查表法完成P