Des算法作业报告
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Des算法作业报告
孙某某 ***0045
Des算法的原理分析：
什么是对称密码算法：
网络安全通信中要用到两类密码算法，一类是对称密码算法，另一类是非对称密码算法。对称密码算法有时又叫传统密码算法、秘密密钥算法或单密钥算法，非对称密码算法也叫公开密钥密码算法或双密钥算法。对称密码算法的加密密钥能够从解密密钥中推算出来，反过来也成立。在大多数对称算法中，加密解密密钥是相同的。它要求发送者和接收者在安全通信之前，商定一个密钥。对称算法的安全性依赖于密钥，泄漏密钥就意味着任何人都能对消息进行加密解密。只要通信需要保密，密钥就必须保密。
对称算法又可分为两类。一次只对明文中的单某某（有时对字节）运算的算法称为序列算法或序列密码。另一类算法是对明文的一组位进行运算，这些位组称为分组，相应的算法称为分组算法或分组密码。现代计算机密码算法的典型分组长度为64位 这个长度既考虑到分析破译密码的难度，又考虑到使用的方便性。后来，随着破译能力的发展，分组长度又提高到128位或更长。 常用的采用对称密码术的加密方案有5个组成部分（如图所示）
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1)明文：原始信息。 2)加密算法：以密钥为参数，对明文进行多种置换和转换的规则和步骤，变换结果为密文。 3)密钥：加密与解密算法的参数，直接影响对明文进行变换的结果。 4)密文：对明文进行变换的结果。 5)解密算法：加密算法的逆变换，以密文为输入、密钥为参数，变换结果为明文。
算法原理：
DES是一个分组加密算法，典型的DES以64位为分组对数据加密，加密和解密用的是同一个算法。它的密钥长度是56位（因为每个第8 位都用作奇偶校验），密钥可以是任意的56位的数，而且可以任意时候改变。其中有极少数被认为是易破解的弱密钥，但是很容易避开它们不用。所以保密性依赖于密钥。
DES加密的算法框架如下： 首先要生成一套加密密钥，从用户处取得一个64位某某的密码口令，然后通过等分、移位、选取和迭代形成一套16个加密密钥，分别供每一轮运算中使用。
DES对64位(bit)的明文分组M进行操作，M经过一个初始置换IP，置换成m0。将m0明文分成左半部分和右半部分m0 = (L0，R0)，各32位某某。然后进行16轮完全相同的运算（迭代），这些运算被称为函数f，在每一轮运算过程中数据与相应的密钥结合。
在每一轮中，密钥位移位，然后再从密钥的56位中选出48位。通过一个扩展置换将数据的右半部分扩展成48位，并通过一个异或操作替代成新的48位数据，再将其压缩置换成32位。这四步运算构成了函数f。然后，通过另一个异或运算，函数f的输出与左半部分结合，其结果成为新的右半部分，原来的右半部分成为新的左半部分。将该操作重复16次。
经过16轮迭代后，左，右半部分合在一起经过一个末置换（数据整理），这样就完成了加密过程。加密流程如图所示。 /
实现DES加密算法
设明文为02468aceeca86420，密钥为0f1571c947d9e859，求对应的密文（明文左侧从1开始编号）并估计算法的运行时间。
代码详见附录
实现样例：
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由此我们得出加密后的密文为：da02ce3a89ecac3b
算法的运行时间经多组测试为：30.40 us
结合DES算法，体会混乱、扩散的概念。
对相同秘钥的情况下输入改变1bit后的明文
秘钥：0f1571c947d9e859
原明文：02468aceeca86420
六轮后为密文：************************
明文：12468aceeca86420（改变第4位由0000→0001）
六轮后为密文：************************
与原明文六轮后相比有33位发生变化
明文：02468aceeca06420（改变第45位由1000→0000）
六轮后为密文：************************
与原明文六轮后相比有35位发生变化
明文：024682ceeca86420（改变第21位由1010→0010）
六轮后为密文：
************************
与原明文六轮后相比有31位发生变化
明文：02468acefca86420（改变第36位由1110→1111）
六轮后为密文：************************
与原明文六轮后相比有30位发生变化
明文：02468aceeca86421（改变第64位由0000→1111）
六轮后为密文：************************
与原明文六轮后相比有31位发生变化
以上五组数据可以看出des算法具有雪崩效应。
对相同明文的情况下输入改变1bit后的秘钥
明文：02468aceeca86420
（1）原某某：0f1571c947d9e859
六轮后为密文：************************
（2）秘钥：1f1571c947d9e859（改变第4位由0000→0001）
六轮后为密文：************************
与原某某加密六轮后相比有26位发生变化
（3）秘钥：0f1571c947d1e859（改变第45位由1001→0001）
六轮后为密文：************************
与原某某加密六轮后相比有30位发生变化
（4）秘钥：0f1579c947d9e859（改变第21位由0001→1001）
六轮后为密文：************************
与原某某加密六轮后相比有28位发生变化
（5）秘钥：0f1571c957d9e859（改变第36位由0100→0101）
六轮后为密文：************************
与原某某加密六轮后相比有39位发生变化
（6）秘钥：0f1571c947d9e85d（改变第62位由1001→1101）
六轮后为密文：************************
与原某某加密六轮后相比有32位发生变化
以上五组数据可以看出des算法具有雪崩效应。
分析：
首先由实验结果表明，DES算法具有很好的雪崩效应，包括明文和密钥的雪崩效应。在密钥相同的情况下，1比特的明文差异能够产生32比特的密文差异；在明文相同的情况下，1比特的密钥差异能够产生31比特的密文差异。
原轮函数正常加密：
明文为02468aceeca86420，密钥为0f1571c947d9e859
加密后为密文：************************
由此我们得出加密后的密文为：da02ce3a89ecac3b
删除E扩散：
六轮后：
************************
六轮改变28bit；
加密后密文：
************************
删除E扩散后，相对于原轮函数加密的结果来看，改变了36bit，由此可见采取E扩散分为多个子S盒，将多组的数据去调取多组的s盒进行变换，由此扩大了其复杂度，很好的保证了雪崩效应的产生。
删除S盒
六轮后：************************
六轮改变34bit；
加密后密文
************************
删除S盒后，相对于原轮函数加密的结果来看，改变了29bit，没有S盒，对于单纯的P置换只有置换的效果和加密的效果，多了S盒加密有了很大的不确定性，使其更加的混乱。
删除P置换
六轮后：
************************
六轮改变28bit；
加密后：
************************
删除P置换后，相对于原轮函数加密的结果来看，改变了28bit，由此可见P置换很好的保证了雪崩效应的产生。
经过多组测试即对不同情况分别进行多组同秘钥不同明文，和多组同明文文不同秘钥的测试来看，可以发现对于des算法来讲，每一轮次和每一环节的设计都是为了增大熵，每一环节都在使加密更趋向于无序性，而因为多轮循环的愿因，以及多个环节，每次加密时对于1bit的变化都会发生在32bit左右波动的变化，des是雪崩效应的一种很好的展现形式。
附录【1】
#include
#include
#include"tables.h"
using namespace std;
int n[4];
void Hex2Bin(int b, int* arr, int a);
void print_s(int* arr);
void opplain(string plain, int* plaintext);
void opkey(string key, int* Key);
void substitute(int* plaintext, int* Key, int* cipher_1, int* r, int* l, int* keyl, int* keyr, int* key_0);
void Encrypt(string plain, string key, int* plaintext, int* Key, int* cipher_1, int* r, int* l, int* keyl, int* keyr, int* key_0);
int main(){
int plaintext[64];
int Key[64];
int cipher_1[64];
int l[32], r[32];
int keyl[28], keyr[28];
int key_0[56];
string plain;
string key;
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