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Python实现DES加密解密的方法介绍(代码)

时间:2021-07-01 10:21:17 帮助过:75人阅读

本篇文章给大家带来的内容是关于Python实现DES加密解密的方法介绍(代码),有一定的参考价值,有需要的朋友可以参考一下,希望对你有所帮助。

DES(Data Encryption Standard)采用64位的分组长度和56位的密钥长度。它将64位的输入经过一系列变换得到64为的输出。解密使用相同的步骤和相同的密钥,唯一不同的是密钥顺序与加密过程相反。

DES加密:

该算法的输入有需要加密的明文和加密使用的密钥,二者长度都为64位。其中密钥的第8,16,24,32,40,48,56,64位为奇偶校验位。

1、明文的处理

将明文读入程序并将其化为二进制串

  1. def inputText(filename):
  2. with open(filename,'r')as f:
  3. text = f.read()
  4. text = text.split('\n')
  5. text = [eval(x) for x in text]
  6. text = ['{:08b}'.format(x) for x in text]
  7. text = ''.join(text)
  8. return text

对明文进行IP置换,并划分为左右两个子串

  1. def IP_Transposition(plaintext):
  2. LR = []
  3. for i in IP:
  4. LR.append(int(plaintext[i-1]))
  5. L = LR[:32]
  6. R = LR[32:]
  7. return L,R

2、对密钥的处理

将密钥读入程序并以二进制串的形式存储

对密钥进行PC-1置换,并划分为两个子串

  1. #密钥置换
  2. def Key_Transposition(key):
  3. CD = []
  4. for i in PC_1:
  5. CD.append(int(key[i-1]))
  6. C = CD[:28]
  7. D = CD[28:]
  8. return C,D

在生成迭代所需要的密钥之前需要对密钥进行置换压缩

  1. #密钥压缩
  2. def Key_Compress(C,D):
  3. key = C+D
  4. new_key = []
  5. for i in PC_2:
  6. new_key.append(key[i-1])
  7. return new_key

生成DES每轮迭代所需要的子密钥,以便加密解密时直接使用

  1. def generateKset(key):
  2. key = inputKey(key)
  3. C,D = Key_Transposition(key)
  4. K = []
  5. for i in LeftRotate:
  6. C = Key_LeftRotate(C,i)
  7. C = Key_LeftRotate(D,i)
  8. K.append(Key_Compress(C,D))
  9. return K

3、F函数

在每轮变换中,整个过程可以用以下公式表示:

$$ L_i = R_{i-1} $$

$$ R_i = L_{i-1}\bigoplus F(R_{i-1},K_i) $$

其中轮密钥 Ki长48位,R长32位,首先将R置换扩展为48位,这48位与Ki异或,得到的结果用替代函数作用产生32位的输出。这32位的输出经P置换后与L异或得到新的R

代替函数由8个S盒来组成,每个S盒都有6位的输入和4位的输出。对每个S盒,输入的第一位和最后一位组成一个2位的二进制数,用来选择S盒4行替代值中的一行,中间4位用来选择16列中的某一列。

  1. #明文R扩展为48位
  2. def R_expand(R):
  3. new_R = []
  4. for i in E:
  5. new_R.append(R[i-1])
  6. return new_R
  7. #将两列表元素异或
  8. def xor(input1,input2):
  9. xor_result = []
  10. for i in range(0,len(input1)):
  11. xor_result.append(int(input1[i])^int(input2[i]))
  12. return xor_result
  13. #将异或的结果进行S盒代替
  14. def S_Substitution(xor_result):
  15. s_result = []
  16. for i in range(0,8):
  17. tmp = xor_result[i*6:i*6+5]
  18. row = tmp[0]*2+tmp[-1]
  19. col = tmp[1]*8+tmp[2]*4+tmp[3]*2+tmp[4]
  20. s_result.append('{:04b}'.format(S[i][row][col]))
  21. s_result = ''.join(s_result)
  22. return s_result
  23. #F函数
  24. def F(R,K):
  25. new_R = R_expand(R)
  26. R_Kxor= xor(new_R,K)
  27. s_result = S_Substitution(R_Kxor)
  28. p_result = P_Transposition(s_result)
  29. return p_result
  30. #将S盒代替的结果进行P置换
  31. def P_Transposition(s_result):
  32. p_result = []
  33. for i in P:
  34. p_result.append(int(s_result[i-1]))
  35. return p_result

4、加密过程

DES加密需要经过16轮迭代,前15轮迭代每次结束需要交换L和R,第16次不交换

  1. def DES_encrypt(filename,key,outputFile):
  2. #从文件中读取明文
  3. plaintext = inputText(filename)
  4. #将明文进行置换分离
  5. L,R = IP_Transposition(plaintext)
  6. #生成Kset
  7. K = generateKset(key)
  8. for i in range(0,15):
  9. oldR = R
  10. #F函数
  11. p_result = F(R,K[i])
  12. R = xor(L,p_result)
  13. L = oldR
  14. p_result = F(R,K[15])
  15. L = xor(L,p_result)
  16. #IP逆置换
  17. reversedP = IP_reverseTransp(L+R)
  18. #生成16进制表示的密文
  19. Cipher = generateHex(reversedP)
  20. #将密文写入outputFile文件
  21. writeFile(outputFile,Cipher)
  22. return Cipher

DES解密:

  1. def DES_decrypt(filename,key,outputFile):
  2. #文件中读取密文
  3. Ciphertext = inputText(filename)
  4. #将密文进行置换分离
  5. L,R = IP_Transposition(Ciphertext)
  6. #生成Kset
  7. K = generateKset(key)
  8. for i in range(15,0,-1):
  9. oldR = R
  10. #F函数
  11. p_result = F(R,K[i])
  12. R = xor(L,p_result)
  13. L = oldR
  14. p_result = F(R,K[0])
  15. L = xor(L,p_result)
  16. reversedP = IP_reverseTransp(L+R)
  17. plaintext = generateHex(reversedP)
  18. writeFile(outputFile,plaintext)
  19. return plaintext

源码地址 https://github.com/SuQinghang...

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