时间:2021-07-01 10:21:17 帮助过:75人阅读
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
- def inputText(filename):
- with open(filename,'r')as f:
- text = f.read()
- text = text.split('\n')
- text = [eval(x) for x in text]
- text = ['{:08b}'.format(x) for x in text]
- text = ''.join(text)
- return text
对明文进行IP置换,并划分为左右两个子串
- def IP_Transposition(plaintext):
- LR = []
- for i in IP:
- LR.append(int(plaintext[i-1]))
- L = LR[:32]
- R = LR[32:]
- 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
- #密钥置换
- def Key_Transposition(key):
- CD = []
- for i in PC_1:
- CD.append(int(key[i-1]))
- C = CD[:28]
- D = CD[28:]
- 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
- #密钥压缩
- def Key_Compress(C,D):
- key = C+D
- new_key = []
- for i in PC_2:
- new_key.append(key[i-1])
- 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
- def generateKset(key):
- key = inputKey(key)
- C,D = Key_Transposition(key)
- K = []
- for i in LeftRotate:
- C = Key_LeftRotate(C,i)
- C = Key_LeftRotate(D,i)
- K.append(Key_Compress(C,D))
- 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。
- #明文R扩展为48位
- def R_expand(R):
- new_R = []
- for i in E:
- new_R.append(R[i-1])
- return new_R
- #将两列表元素异或
- def xor(input1,input2):
- xor_result = []
- for i in range(0,len(input1)):
- xor_result.append(int(input1[i])^int(input2[i]))
- return xor_result
- #将异或的结果进行S盒代替
- def S_Substitution(xor_result):
- s_result = []
- for i in range(0,8):
- tmp = xor_result[i*6:i*6+5]
- row = tmp[0]*2+tmp[-1]
- col = tmp[1]*8+tmp[2]*4+tmp[3]*2+tmp[4]
- s_result.append('{:04b}'.format(S[i][row][col]))
- s_result = ''.join(s_result)
- return s_result
- #F函数
- def F(R,K):
- new_R = R_expand(R)
- R_Kxor= xor(new_R,K)
- s_result = S_Substitution(R_Kxor)
- p_result = P_Transposition(s_result)
- return p_result
- #将S盒代替的结果进行P置换
- def P_Transposition(s_result):
- p_result = []
- for i in P:
- p_result.append(int(s_result[i-1]))
- 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
- def DES_encrypt(filename,key,outputFile):
- #从文件中读取明文
- plaintext = inputText(filename)
- #将明文进行置换分离
- L,R = IP_Transposition(plaintext)
- #生成Kset
- K = generateKset(key)
- for i in range(0,15):
- oldR = R
- #F函数
- p_result = F(R,K[i])
- R = xor(L,p_result)
- L = oldR
- p_result = F(R,K[15])
- L = xor(L,p_result)
- #IP逆置换
- reversedP = IP_reverseTransp(L+R)
- #生成16进制表示的密文
- Cipher = generateHex(reversedP)
- #将密文写入outputFile文件
- writeFile(outputFile,Cipher)
- return Cipher
DES解密:
- def DES_decrypt(filename,key,outputFile):
- #文件中读取密文
- Ciphertext = inputText(filename)
- #将密文进行置换分离
- L,R = IP_Transposition(Ciphertext)
- #生成Kset
- K = generateKset(key)
- for i in range(15,0,-1):
- oldR = R
- #F函数
- p_result = F(R,K[i])
- R = xor(L,p_result)
- L = oldR
- p_result = F(R,K[0])
- L = xor(L,p_result)
- reversedP = IP_reverseTransp(L+R)
- plaintext = generateHex(reversedP)
- writeFile(outputFile,plaintext)
- return plaintext
源码地址 https://github.com/SuQinghang...
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