C語言DES加密算法分析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上云南大學(xué)軟件學(xué)院School of Software, Yunnan University成績學(xué) 期: 2011秋季學(xué)期 課程名稱: 密碼技術(shù) 任課教師: 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 實驗項目: 實驗二 DES加密算法 聯(lián)系電話: 電子郵件: 完成提交時間： 年 月 日密碼技術(shù)實驗報告實驗項目：實驗二，第2題 實現(xiàn)DES對任意文件的加解密實驗要求（內(nèi)容）實現(xiàn)DES對任意文件的加解密，利用控制臺對所有文件（中英文文本、符號甚至任意的文件）的加解密。加解密形式如下： cipher -e/-d key inputfile outputfile 說明：對于加密來說，輸入文件名就是明

2、文文件，對于解密來說，輸入文件名就是密文文件，注意文件讀取方式和控制文件結(jié)束控制臺編程： int main(int argc, char *argv )實驗環(huán)境操作系統(tǒng)：win7編譯環(huán)境：Microsoft Visual Studio 2010實現(xiàn)功能本次實驗達到了題目的要求： 實現(xiàn)了用DES實現(xiàn)控制臺對任意文件的加解密，用鍵盤接收明文（密文）文件路徑和密鑰，然后再輸入需要保存的密文（明文）文件路徑，然后就可以把加解密后得到的密明文文件保存該路徑下。程序主要采取對數(shù)據(jù)的位操作的形式，把明密文文件中的內(nèi)容以字節(jié)為單位讀取，每次讀取8個byte共65bits，然后使用標(biāo)準(zhǔn)DES的算法依次對讀取的6

3、4bits明密文進出加解密處理。 主函數(shù)的操作也充分體現(xiàn)了程序的可操作性和健壯性，能夠讓用戶自己選擇相應(yīng)的操作，比如加密、解密以及對程序的一些基本情況說明。但是對文件的路徑的輸入有比較嚴(yán)格的格式約束。如：盤符名： 格式錯誤則會導(dǎo)致文件打開失敗，不能進行加解密操作。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 本次實驗的程序較為復(fù)雜，涉及對位的操作。實驗過程中用到的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為數(shù)組和文件型指針，在實驗中我定義了2個文件型指針FILE *fp1,*fp2，其中一個指向明文文件，一個指向密文文件。另外還定義了多個字符數(shù)組，如char Plainfpath260聲明字符數(shù)組存儲明文文件的文件路徑，char Cipherfpath260

4、聲明字符數(shù)組存儲密文文件的文件路徑，char key100聲明字符數(shù)組存儲密鑰。對于讀取出來的數(shù)據(jù)均以unsigned char的類型進行處理。這個程序的實現(xiàn)比較復(fù)雜的是對位的操作，主要包括取位值、移位和異或等，在對位的操作還主要用到了memcpy函數(shù)對unsigned char類型的字符串進行復(fù)制，除此之外沒有采用更多的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。程序流程程序模塊結(jié)構(gòu)圖：開始 start選擇操作解密函數(shù)退出程序加密函數(shù) 用戶輸入明密文文件路徑和密鑰明（密）文文件是否能打開 退出程序 對打開的文件進行操作，每次取出長度為8個byte的明密文。 將8byte的明密文和密鑰轉(zhuǎn)換為64bits 明密文進行初始置換IP

5、密鑰進行置換選擇1循環(huán)左移和置換選擇2產(chǎn)生子密鑰分成左右兩部分進入F函數(shù) 右半部分在F函數(shù)里依次進行擴展置換、與子密鑰異或、S盒置換和P置換經(jīng)F函數(shù)處理的與左半部分異或后成右半部分，原先的右半部分作為左半部分32bits對換，然后進行逆初始置換將結(jié)果由64bits轉(zhuǎn)換成8byte，然后寫入文件保存main()函數(shù)的調(diào)用關(guān)系：Encrypt()Decrypt()Explain()Block_Decrypt()Block_Encrypt()L_Shift()R_Shift()BToC()CToB()F_function()函數(shù)的接口：void Encrypt(char *Plainfpath,ch

6、ar *Cipherfpath,unsigned char *Keys);/加密函數(shù)void Decrypt(char *Cipherfpath,char *Plainfpath,unsigned char *Keys);/解密函數(shù)void Block_Encrypt(unsigned char *Plain,unsigned char *Cipher,unsigned char *Key);/分組加密函數(shù)void Block_Decrypt(unsigned char *Cipher,unsigned char *Plain,unsigned char *Key);/分組加密函數(shù)void C

7、ToB(unsigned char *C_String,unsigned char *B_String);/將字符類型轉(zhuǎn)換成二進制類型的函數(shù)void BToC(unsigned char *B_String,unsigned char *C_String);/將二進制類型轉(zhuǎn)換成字符類型的函數(shù)void L_Shift(unsigned char *PC_Key,int count);/加密中循環(huán)左移函數(shù)void R_Shift(unsigned char *PC_Key,int count);/解密中循環(huán)右移函數(shù)void F_function(unsigned char *R_String,un

8、signed char *S_Key);/F函數(shù)void Explain();/程序說明函數(shù)代碼與代碼分析主要函數(shù)的接口、調(diào)用與被調(diào)用函數(shù)、所實現(xiàn)的功能和實現(xiàn)的主要思路： int main(char ch) ：Function: 為用戶提供基本操作，調(diào)用加密解密函數(shù)。 Calls: Encrypt()，Decrypt()和Explain()。Called By: 未被其它函數(shù)調(diào)用。Input(type) 字符型（char）。 Output(type): 無，只是輸出“”中的字符串。 Return(type): 整型 Others: 無 Bug: 測試尚未發(fā)現(xiàn)void Encrypt(char

9、*Plainfpath,char *Cipherfpath,unsigned char *Keys) Function: 實現(xiàn)的功能是：接收明文文件路徑和密鑰，并打開文件，然后根據(jù)對文件的 操作依次從文件中以二進制方式讀取字符，并使用DES算法加密，然后將處理過 的二進制字符寫入到密文文件中。 實現(xiàn)的主要思路：首先調(diào)用fopen()函數(shù)打開文件，對打開的文件進行操作， 調(diào)用fseek()函數(shù)定位讀寫指針函數(shù)fseek ,將文件的讀寫指針移到文件結(jié)束位置，調(diào) 用ftell()函數(shù)返回fp1指向的文件中的讀寫指針當(dāng)前位置，即文件的長度，再調(diào)用 rewind()函數(shù)將文件讀寫指針移到文件開始位置。調(diào)

10、用fgetc()從fp1所指向的明文 文件中依次以二進制的方式讀取字符，然后調(diào)用Block_Encrypt進行加密，并 把結(jié)果寫入密文文件保存。此外對于不足8byte的分組將填充*并作標(biāo)記以便 進行加密。 Calls: Block_Encrypt() Called By: main() Input(type) char類型的數(shù)組 Output(type): char類型的數(shù)組 Return(type): 無返回值的類型。 Others: 無 Bug: 測試中尚未發(fā)現(xiàn)void Decrypt(char *Cipherfpath,char *Plainfpath,unsigned char *Ke

11、ys) Function: 實現(xiàn)的功能是：接收密文文件路徑和密鑰，并打開文件，然后根據(jù)對文件的 操作依次從文件中以二進制方式讀取字符，并使用DES算法解密，然后將處理過 的二進制字符寫入到明文文件中。 實現(xiàn)的主要思路：首先調(diào)用fopen()函數(shù)打開文件，對打開的文件進行操作， 調(diào)用fseek()函數(shù)定位讀寫指針函數(shù)fseek ,將文件的讀寫指針移到文件結(jié)束位置，調(diào) 用ftell()函數(shù)返回fp1指向的文件中的讀寫指針當(dāng)前位置，即文件的長度，再調(diào)用 rewind()函數(shù)將文件讀寫指針移到文件開始位置。調(diào)用fgetc()從fp1所指向的密文 文件中依次以二進制的方式讀取字符，然后調(diào)用Block_D

12、ecrypt()進行解密，并 把結(jié)果寫入明文文件保存。此外對于之前有填充標(biāo)記的分組在解密后應(yīng)該刪除 填充進去的*。 Calls: Block_Decrypt() Called By: main() Input(type) char類型的數(shù)組 Output(type): char類型的數(shù)組 Return(type): 無返回值的類型。 Others: 無 Bug: 測試中尚未發(fā)現(xiàn)void Block_Encrypt(unsigned char *Plain,unsigned char *Cipher,unsigned char *Key)Function: 實現(xiàn)的功能是：接收8個byte的明文，

13、并使用DES算法加密，得到8個byte 的密文。 實現(xiàn)的主要思路：首先調(diào)用CToB()將二進制明文字符與密鑰字符轉(zhuǎn)換成 64bits，再依次對64bit的明文進行初始置換、16輪F_function()函數(shù)的處理、32bit 對換和逆初始置換得到64bit密文。在F函數(shù)中使用的子密鑰是將輸入的密鑰進 行置換選擇1的處理然后在每輪加密中再對密鑰進行循環(huán)左移和置換選擇2 的處 理后得到子密鑰。最后調(diào)用BToC()將64bit轉(zhuǎn)換成8個byte的密文。 Calls: CToB()，F(xiàn)_function()， L_Shift和BToC()。 Called By: Encrypt() Input(typ

14、e) unsigned char類型的數(shù)組 Output(type): unsigned char類型的數(shù)組 Return(type): 無返回值的類型。 Others: 無 Bug: 測試中尚未發(fā)現(xiàn)void Block_Decrypt(unsigned char *Cipher,unsigned char *Plain,unsigned char *Key); Function: 實現(xiàn)的功能是：接收8個byte的密文，并使用DES算法加密，得到8個byte 的明文。 實現(xiàn)的主要思路：首先調(diào)用CToB()將二進制密文字符與密鑰字符轉(zhuǎn)換成 64bits，再依次對64bit的密文進行初始置換、16

15、輪F_function()函數(shù)的處理、32bit 對換和逆初始置換得到64bit明文。在F函數(shù)中使用的子密鑰是將輸入的密鑰進 行置換選擇1的處理然后在每輪解密中再對密鑰進行循環(huán)右移和置換選擇2 的處 理后得到子密鑰。最后調(diào)用BToC()將64bit轉(zhuǎn)換成8個byte的明文。 Calls: CToB()，F(xiàn)_function()， R_Shift和BToC()。 Called By: Decrypt() Input(type) unsigned char類型的數(shù)組 Output(type): unsigned char類型的數(shù)組 Return(type): 無返回值的類型。 Others: 無

16、Bug: 測試中尚未發(fā)現(xiàn)void CToB(unsigned char *C_String,unsigned char *B_String)Function: 將字符（8byte）轉(zhuǎn)換成二進制位值（64bit） 實現(xiàn)的主要思路：利用表達式*(B_String+(8*i+7-j)=(C_Stringij)&1 對C_Stringi中的字符進行移位操作取出每個位的值賦值給B_String。 Calls: 無Called By: Block_Encrypt和Block_Decrypt()Input(type) unsigned char類型的數(shù)組 Output(type): unsigned cha

17、r類型的數(shù)組 Return(type): 無 Others: 無 Bug: 測試尚未發(fā)現(xiàn)void BToC(unsigned char *B_String,unsigned char *C_String)Function: 將二進制位值（64bit）轉(zhuǎn)換成字符（8byte） 實現(xiàn)的主要思路：利用表達式*(C_String+i)=*(C_String+i)|(*(B_String+ (8*i+j)(7-j)將B_String中的每8個值進行移位的等操作構(gòu)成C_String中的 一個值。 Calls: 無Called By: Block_Encrypt和Block_Decrypt()Input(t

18、ype) unsigned char類型的數(shù)組 Output(type): unsigned char類型的數(shù)組 Return(type): 無 Others: 無 Bug: 測試尚未發(fā)現(xiàn)void L_Shift(unsigned char *PC_Key,int count)Function: 將56bit的密鑰分兩部分左移count位 實現(xiàn)的主要思路：利用memcpy()對密鑰進行復(fù)制操作，具體步驟如下： memcpy(temp,PC_Key,count); memcpy(PC_Key,PC_Key+count,28-count); memcpy(PC_Key+(28-count),tem

19、p,count);/前28位左移count位 memcpy(temp,PC_Key+28,count); memcpy(PC_Key+28,PC_Key+(28+count),28-count); memcpy(PC_Key+(56-count),temp,count);/后28位左移count位 Calls: 無Called By: Block_Encrypt和Block_Decrypt()Input(type) unsigned char類型的數(shù)組和int型的值 Output(type): unsigned char類型的數(shù)組 Return(type): 無 Others: 無 Bug:

20、測試尚未發(fā)現(xiàn)void R_Shift(unsigned char *PC_Key,int count)Function: 將56bit的密鑰分兩部分右移count位 實現(xiàn)的主要思路：利用memcpy()對密鑰進行復(fù)制操作，具體步驟如下： memcpy(temp,PC_Key+(28-count),count); memcpy(PC_Key+count,PC_Key,28-count); memcpy(PC_Key,temp,count);/前28位右移count位 memcpy(temp,PC_Key+(56-count),count); memcpy(PC_Key+(28+count),PC

21、_Key+28,28-count); memcpy(PC_Key+28,temp,count);/后28位右移count位 Calls: 無Called By: Block_Encrypt和Block_Decrypt()Input(type) unsigned char類型的數(shù)組和int型的值 Output(type): unsigned char類型的數(shù)組 Return(type): 無 Others: 無 Bug: 測試尚未發(fā)現(xiàn)void F_function(unsigned char *R_String,unsigned char *S_Key)Function: 對明密文的右半部分F函

22、數(shù)進行處理，包括擴展置換、與子密鑰異或、S 盒置換和P置換 實現(xiàn)的主要思路：擴展置換利用E表將32位擴展到48位，然后與48位的子 密鑰進行異或；S盒置換將48位的明密文分成8個6位塊分別對應(yīng)8個S盒替換 表，然后每個6位塊中的第1和6位作為行號，其余的作為列號，在S盒替換表 中找到對應(yīng)的值，這樣將48位壓縮到32位，然后再根據(jù)置換函數(shù)P進行置換操 作。 Calls: 無Called By: Block_Encrypt和Block_Decrypt()Input(type) unsigned char類型的數(shù)組 Output(type): unsigned char類型的數(shù)組 Return(type):