2022年分组密码算法 .pdf

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1、实验二 分组密码算法 DES 一、 实验目的通过用 DES算法对实际的数据进行加密和解密来深刻了解DES的运行原理。二、 实验原理分组密码是一种对称密码体制，其特点是在明文加密和密文解密的过程中，信息都是按照固定长度分组后进行处理的。在分组密码的发展历史中， 曾出现了许多优秀的算法，包括DES，IDEA ，AES，Safer等等。下面以DES 算法为例介绍分组密码算法的实现机制。DES 算法将明文分成64 位大小的众多数据块，即分组长度为64 位。同时用 56 位密钥对 64 位明文信息加密，最终形成64 位的密文。如果明文长度不足64 位，即将其扩展为64 位（如补零等方法）。具体加密过程首

2、先是将输入的数据进行初始置换（ IP） ，即将明文 M 中数据的排列顺序按一定的规则重新排列，生成新的数据序列，以打乱原来的次序。 然后将变换后的数据平分成左右两部分，左边记为 L0，右边记为 R0，然后对 R0实行在子密钥（由加密密钥产生）控制下的变换 f，结果记为 f（R0，K1） ，再与 L0做逐位异或运算，其结果记为R1，R0则作为下一轮的L1。如此循环 16 轮，最后得到 L16、R16，再对 L16、R16实行逆初始置换 IP1，即可得到加密数据。解密过程与此类似，不同之处仅在于子密钥的使用顺序正好相反。 DES 全部 16 轮的加密过程如图11 所示。DES 的加密算法包括 3

3、个基本函数：1初始置换 IP 它的作用是把输入的64 位数据块的排列顺序打乱，每位数据按照下面的置换规则重新排列， 即将第 58 位换到第一位， 第 50 位换打第 2 位，依次类推。置换后的 64 位输出分为 L0、R0（左、右）两部分，每部分分别为32 位。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

4、39 31 23 1 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - R0和 K1经过 f（R0，K1）变换后的输出结果，再和L0进行异或运算，输出结果位 R1，R0则赋给 L1。L1和 R1同样再做类似运算生成L2和 R2，经过 16次运算后生成 L16和 R16。2f 函数f 函数是多个置换函数和替代函数的组合函数，它将32 位比特的输入变换为 32位的输出，如图 12 所示。 Ri经过扩展运算 E 变换后扩展为 48 位的

5、 E （Ri） ，与1iK进行异或运算后输出的结果分成8 组，每组 6 比特。每一组再经过一个S盒（共 8 个 S 盒）运算转换为4 位，8 个 4 位合并为 32 位后再经过 P 变换输出为 32 位的),(1iiKRf。其中，扩展运算E 与置换 P 主要作用是增加算法的扩散图 11 DES 加密/解密流程名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 效果。3逆初始置换 IP1它将 L16和 R16作为输入，进行逆初始置换得

6、到密文输出。逆初始置换是初始置换的逆运算，置换规则如下所列： 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 DES的加密算法中除了上面介绍的3 个基本函数，还有一个非常重要的功能模块，即子密钥的生成模块，具体子密钥的产生流程图如图13 所示。输入的初始密钥值为 64 位，但

7、DES算法规定，其中第8、16、 64 位为奇偶校验位，不参予 DES的运算。所以，实际可用位数只有56 位，经过缩小选择位表1（表 12）即密钥置换 PC-1的变换后，初始密钥的位数由64 位变成了 56位，将其平分位两部分C0，D0。然后分别进行第一次循环左移，得到C1和 D1，将 C1（28位） 、D1（28 位）合并后得到 56位的输出结果，再经过压缩置换PC-2(表 13)，从而得到了密钥K1（48 位） 。依次类推，便可得到K2、K16。需要注意图 12 f 函数原理图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - -

8、名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 的是， 16 次循环左移对应的左移位数要依据表11 的规则进行。表 11 左移位数规则i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 LSi 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1 表 12 压缩置换 PC 1 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

9、 30 22 14 6 61 53 45 37 29 图 13 子密钥的生成流程名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 21 13 5 28 20 12 4 表 13 压缩置换 PC 2 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 3 48 44 49 39 56 34 53 4

10、6 42 50 36 29 32 三、实验环境运行 Windows 操作系统的 PC 机，具有 VC 等语言编译环境四、实验内容和步骤，1仔细阅读并分析 DES 算法，理解 DES 算法的原理，并清楚每一步的实现方法；2设计加解密函数的总体流程，子密钥产生的流程和相应的数据格式；3、编码实现 DES 加解密算法。4. 对编好的程序测试其正确性，并对自己选定的明文、密码用于加解密；5.在前一步的基础上，固定密钥，分别改变明文中的某些比特，检验密文改变的位数；固定明文，分别改变密钥的某些比特，检验密文改变的位数；五、实验报告和要求（1） 分别实现 DES 的加密和解密，提交程序代码和执行结果。加密的方式使用 ECB 方式即可；（2） 在检验混淆和扩散效应中， 要求至少改变明文和密文中各八位，给出统计结果并计算出平均值。（3） 要求画出加解密函数的实现流程图。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -