密码学课程设计实验报告.doc
华中科技大学信息安全专业华中科技大学密码学课程设计实验报告 院 系：计算机科学与技术专 业： 信息安全 班 级： 0803 指导老师： 姓 名： 学 号： u200814139 2011年2月27日目录密码学课程设计报告31. 引论32.DES31.1原理31.2DES的实现91.3相关函数93.弱密钥的检测112.1定义112.2检测方法112.3检测弱密钥实现112.4相关函数124.总结125.相关源码12一、引论当今社会是信息化的社会。为了适应社会对计算机数据安全保密越来越高的要求，美国国家标准局(NBS)于1997年公布了一个由IBM公司研制的一种加密算法，并且确定为非机要部门使用的数据加密标准，简称DES(Data Encrypton Standard)。自公布之日起，DES算法作为国际上商用保密通信和计算机通信的最常用算法，一直活跃在国际保密通信的舞台上，扮演了十分突出的角色。二、DES2.1、原理2.1.1、DES算法加密过程对DES算法加密过程图示的说明如下：待加密的64比特明文串m，经过IP置换后，得到的比特串的下标列表如下：IP58504234261810260524436282012462544638302214664564840322416857494133251791595143352719113615345372921135635547393123157该比特串被分为32位的L0和32位的R0两部分。R0子密钥K1(子密钥的生成将在后面讲)经过变换f(R0,K1)（f变换将在下面讲）输出32位的比特串f1,f1与L0做不进位的二进制加法运算。运算规则为：f1与L0做不进位的二进制加法运算后的结果赋给R1，R0则原封不动的赋给L1。L1与R0又做与以上完全相同的运算，生成L2，R2 一共经过16次运算。最后生成R16和L16。其中R16为L15与f(R15,K16)做不进位二进制加法运算的结果，L16是R15的直接赋值。R16与L16合并成64位的比特串。值得注意的是R16一定要排在L16前面。R16与L16合并后成的比特串，经过置换IP-1后所得比特串的下标列表如下：IP-140848165624643239747155523633138646145422623037545135321612936444125220602835343115119592734242105018582633141949175725经过置换IP-1后生成的比特串就是密文e.。下面再讲一下变换f(Ri-1,Ki)。它的功能是将32比特的输入再转化为32比特的输出。其过程如图所示：对f变换说明如下：输入Ri-1(32比特)经过变换E后，膨胀为48比特。膨胀后的比特串的下标列表如下：E:32123454567898910111213121314151617161718192021202122232425242526272829282930313231膨胀后的比特串分为8组，每组6比特。各组经过各自的S盒后，又变为4比特(具体过程见后)，合并后又成为32比特。该32比特经过P变换后，其下标列表如下：P:1672021291228171152326518311028241432273919133062211425经过P变换后输出的比特串才是32比特的f (Ri-1,Ki)。下面再讲一下S盒的变换过程。任取一S盒。见图：在其输入b1,b2,b3,b4,b5,b6中，计算出x=b1*2+b6, y=b5+b4*2+b3*4+b2*8，再从Si表中查出x 行，y 列的值Sxy。将Sxy化为二进制，即得Si盒的输出。2.1.2、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：子密钥生成过程具体解释如下：64比特的密钥K，经过PC-1后，生成56比特的串。其下标如表所示：PC-157494133251791585042342618102595143352719113605244366355473931231576254463830221466153453729211352820124该比特串分为长度相等的比特串C0和D0。然后C0和D0分别循环左移1位，得到C1和D1。C1和D1合并起来生成C1D1。C1D1经过PC-2变换后即生成48比特的K1。K1的下标列表为：PC-21417112415328156211023191242681672720132415231374755304051453348444939563453464250362932C1、D1分别循环左移LS2位，再合并，经过PC-2，生成子密钥K2依次类推直至生成子密钥K16。注意：Lsi (I =1,2,.16)的数值是不同的。具体见下表：迭代顺序12345678910111213141516左移位数11222222122222212.1.3、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。其程序源代码与加密相同。2.2、DES的实现2.2.1开发环境主机：Microsoft Windows XP Professional 版本2002 ServicePack3Pentium(R) Dual-Core CPU T4500 2.30GHz 2.29GHz, 1.92GB的内存编程工具：Visual C+ 6.0 MFC2.2.2、功能介绍左端“加密” ：输入明文和密钥，输出加密密文左端“解密” ：输入密文和密钥，输出解密明文中间有 新建、检测弱密钥、加密、解密按钮：实现所述功能如图：2.2.3、功能测试输入明文文件，加密得到乱码，解密还原为明文如图：2.3、相关函数1. void Des_SetKey(const char Key8);/功能:产生子密钥/Key:密钥2. void Des_Run(char Out8, char In8, bool Type);/功能:加解密/Out8:存放加(解)密后的密(明)文/Int8:存放需要加(解)密的明(密)文/Tpye:type为1的时候是加密，type为0的时候是解密3.void RotateL(bool *In, int len, int loop);/ 循环左移/ In:输入兼输出/ len:长度/ loop:循环位数4. void F_func(bool In32, const bool Ki48);/ f 函数/ In:输入兼输出/ Ki:子密钥5.void S_func(bool Out32, const bool In48);/ S盒代替/Out:输出/ In:输入6. void Transform(bool *Out, bool *In, const char *Table, int len);/ 各种Table变换/ Out:输出/In:输入/Table:变换表/len:长度7. void Xor(bool *InA, const bool *InB, int len); / 异或8.void ByteToBit(bool *Out, const char *In, int bits);/ 字节组转换成位组9.void BitToByte(char *Out, const bool *In, int bits);/ 位组转换成字节组二、弱密钥的检测2.1定义对于一个外部密钥，若产生的16个内部密钥都相同，则称此外部密钥为弱密钥2.2检测方法检测16个内部密钥是否完全相同，若完全相同则判断为弱密钥，否则为正常密钥.2.3检测弱密钥实现2.3.1、开发环境略。2.3.2功能介绍测弱密钥按钮，单击检测弱密钥，弹出对话框显示判断结果2.3.3、功能测试输入密码为54534543,检测为非弱密钥，可用输入密码为00000000，检测为弱密钥，不可用2.4相关函数bool CheckKey(const char* Key, int len);/检测是否为弱密钥/Key:输入密钥/len:密钥长度四、总结通过本次课程设计，我对密码学原理有了更深入的理解，在编程的过程当中，也遇到了很多问题， 总之，通过此次课设，在编程的过程中遇到了很多问题，通过反复的分析与调试，将他们一一解决，锻炼了自己的分析问题和解决问题的能力，同事，通过实际编写密码分析程序，也极大地激发了我对密码学的兴趣，希望在以后的学习中不断地积累和丰富密码学的相关理论知识。13
