实验报告封皮

时间：2024.4.30

工商学院信息学部密码学原理DES算法实验报告

年级 2012级学号 2012478048 姓名史雅楠成绩

专业 12信计实验地点指导教师常卓

实验项目 DES加密算法实验日期 2015年9月24日

实验报告要求：

一、实验目的

1、理解DES加密与解密的程序设计算法思想

2、编写DES加密与解密程序，实现对明文的加密与解密，加深对数据加密与解密的理解，掌握DES加密算法思想，提高网络安全的编程能力。

二、实验原理

DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key為8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也為8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode為DES的工作方式有两种：加密或解密。

DES算法是这样工作的：如Mode為加密，则用Key 去把数据Data进行加密，生成Data的密码形式（64位）作為DES的输出结果；如Mode為解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原為Data的明码形式（64位）作為DES的输出结果。在通信网络的两端，双方约定一致的Key，在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密，然后以密码形式在公共通信网（如电话网）中传输到通信网络的终点，数据到达目的地后，用同样的Key对密码数据进行解密，便再现了明码形式的核心数据。这样，便保证了核心数据（如PIN、MAC等）在公共通信网中传输的安全性和可靠性。

通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key，便能更进一步提高数据的保密性，这正是现在金融交易网络的流行做法。

三、实验要求

1分组加密算法DES算法过程

2多重DES算法加密过程

3算法过程中的各个变换矩阵或者S盒就

4输入输出正确，各个程序语句的注释

5加解密要求都能够正确运行

四、实验步骤、结果（程序+注释+截图）及分析

混乱和扩散的组合，即先代替后置换，它基于密钥作用于明文，这是一轮(round)，DES在明文分组上实施16轮相同的组合技术。如下图所示：

DES对64位明文分组进行操作。通过一个初始置换，将明文分组分成左半部分和右半部分，各32位长。然后进行16轮完全相同的运算，这些运算被称为函数 f，在运算过程中数据与密钥结合。经过16轮后，左、右半部分合在一起经过一个末置换（初始置换的逆置换），算法就完成了。

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与48位密钥结合，通过 8个S盒将这48位替代成新的32位数据，再将其置换一次。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，其结果即成为新的左半部分。将该操作重复16次，便实现了DES的16轮运算。一轮DES如下图所示：

%E4%B8%80%E8%BD%AEDES1

假设Bi是第i次迭代的结果，Li和Ri是Bi的左半部分和右半部分，Ki是第i轮的48位密钥，且f是实现代替、置换及密钥异或等运算的函数，那么每一轮就是：

L_i=R_i-1

R_i=L_i-1?f(R_i-1,K_i)

1、初始置换

初始置换在第一轮运算之前进行，对输入分组实施如下表所示的变换。初始置换把明文的第58位换到第1位的位置，把第50位换到第2位的位置，把第42位换到第3位的位置，依此类推。

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, 39, 31, 23, 15, 7

初始置换和对应的末置换并不影响DES的安全性，它们的主要目的是为了更容易地将明文和密文数据以字节大小放入DES芯片中。

2、密钥置换

由于不考虑每个字节的第8位，DES的密钥由64位减至56位，每个字节第8位作为奇偶校验以确保密钥不发生错误。如下表所示：

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, 30, 22

14, 6, 61, 53, 45, 37, 29, 21, 13, 5, 28, 20, 12, 4

在DES的每一轮中，从56位密钥产生出不同的48位子密钥(subkey)，这些子密钥是这样确定的：

首先，56位密钥被分成两部分，每部分28位。

然后，根据轮数，这两部分分别循环左移1位或2位。每轮移动的位数如下表：

轮 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

位数 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1

移动后，就从56位中选出48位。这个运算既置换了每位的顺序，也选择了子密钥，被称为压缩置换(compression permutation)。下表即定义了压缩置换：

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, 33, 48

44, 49, 39, 56, 34, 53, 46, 42, 50, 36, 29, 32

可以看出，第33位的那一位在输出时移到了第35位，而处于第18位的那一位被忽略了。

3、扩展置换

这个运算将数据的右半部分从32位扩展到48位。这个操作两方面的目的：它产生了与密钥同长度的数据以进行异或运算；它提供了更长的结果，使得在替代运算中能进行压缩。如下图所示： %E6%89%A9%E5%B1%951

对每个4位输入分组，第1位和第4位分别表示输出分组中的两位，而第2位和第3位分别表示输出分组中的一位，下表给出了哪一输出位对应哪一输入位：

32, 1, 2, 3, 4, 5, 4, 5, 6, 7, 8, 9

8, 9, 10, 11, 12, 13, 12, 13, 14, 15, 16, 17

16, 17, 18, 19, 20, 21, 20, 21, 22, 23, 24, 25

24, 25, 26, 27, 28, 29, 28, 29, 30, 31, 32, 1

处于输入分组中第3位的位置移到了输出分组中的第4位，而输入分组的第21位则移到了输出分组的第30位和第32位。尽管输出分组大于输入分组，但每一个输入分组产生唯一的输出分组。

4、S盒代替

压缩后的密钥与扩展分组异或以后，将48位的结果送入，进行代替运算。替代由8个S盒完成，每一个S盒都由6位输入，4位输出，且这8个S盒是不同的。48 位的输入被分为8个6位的分组，每一个分组对应一个S盒代替操作：分组1由S盒1操作，分组2由S盒2操作，等等。如下图所示： S%E7%9B%921

每一个S盒是一个4行、16列的表。盒中的每一项都是一个4位的数。S盒的6个位输入确定了其对应的输出在哪一行哪一列。下表列出所有8个S盒：

S盒1:

14, 4, 13, 1, 2, 15, 11, 8, 3, 10, 6, 12, 5, 9, 0, 7

0, 15, 7, 4, 14, 2, 13, 1, 10, 6, 12, 11, 9, 5, 3, 8

4, 1, 14, 8, 13, 6, 2, 11, 15, 12, 9, 7, 3, 10, 5, 0

15, 12, 8, 2, 4, 9, 1, 7, 5, 11, 3, 14, 10, 0, 6, 13

S盒2:

15, 1, 8, 14, 6, 11, 3, 4, 9, 7, 2, 13, 12, 0, 5, 10

3, 13, 4, 7, 15, 2, 8, 14, 12, 0, 1, 10, 6, 9, 11, 5

0, 14, 7, 11, 10, 4, 13, 1, 5, 8, 12, 6, 9, 3, 2, 15

13, 8, 10, 1, 3, 15, 4, 2, 11, 6, 7, 12, 0, 5, 14, 9

S盒3:

10, 0, 9, 14, 6, 3, 15, 5, 1, 13, 12, 7, 11, 4, 2, 8

13, 7, 0, 9, 3, 4, 6, 10, 2, 8, 5, 14, 12, 11, 15, 1

13, 6, 4, 9, 8, 15, 3, 0, 11, 1, 2, 12, 5, 10, 14, 7

1, 10, 13, 0, 6, 9, 8, 7, 4, 15, 14, 3, 11, 5, 2, 12

S盒4:

7, 13, 14, 3, 0, 6, 9, 10, 1, 2, 8, 5 ,11, 12, 4, 15

13, 8, 11, 5, 6, 15, 0, 3, 4, 7, 2, 12, 1, 10, 14, 9

10, 6, 9, 0, 12, 11, 7, 13, 15, 1, 3, 14, 5, 2, 8, 4

3, 15, 0, 6, 10, 1, 13, 8, 9, 4, 5, 11, 12, 7, 2, 14

S盒5:

2, 12, 4, 1, 7, 10, 11, 6, 8, 5, 3, 15, 13, 0, 14, 9

14, 11, 2, 12, 4, 7, 13, 1, 5, 0, 15, 10, 3, 9, 8, 6

4, 2, 1, 11, 10, 13, 7, 8, 15, 9, 12, 5, 6, 3, 0, 14

11, 8, 12, 7, 1, 14, 2, 13, 6, 15, 0, 9, 10, 4, 5, 3

S盒6:

12, 1, 10, 15, 9, 2, 6, 8, 0, 13, 3, 4, 14, 7, 5, 11

10, 15, 4, 2, 7, 12, 9, 5, 6, 1, 13, 14, 0, 11, 3, 8

9, 14, 15, 5, 2, 8, 12, 3, 7, 0, 4, 10, 1, 13, 11, 6

4, 3, 2, 12, 9, 5, 15, 10, 11, 14, 1, 7, 6, 0, 8, 13

S盒7:

4, 11, 2, 14, 15, 0, 8, 13, 3, 12, 9, 7, 5, 10, 6, 1

13, 0, 11, 7, 4, 9, 1, 10, 14, 3, 5, 12, 2, 15, 8, 6

1, 4, 11, 13, 12, 3, 7, 14, 10, 15, 6, 8, 0, 5, 9, 2

6, 11, 13, 8, 1, 4, 10, 7, 9, 5, 0, 15, 14, 2, 3, 12

S盒8:

13, 2, 8, 4, 6, 15, 11, 1, 10, 9, 3, 14, 5, 0, 12, 7

1, 15, 13, 8, 10, 3, 7, 4, 12, 5, 6, 11, 0, 14, 9, 2

7, 11, 4, 1, 9, 12, 14, 2, 0, 6, 10, 13, 15, 3, 5, 8

2, 1, 14, 7, 4, 10, 8, 13, 15, 12, 9, 0, 3, 5, 6, 11

假定将S盒的6位的输入标记位b1、b2、b3、b4、b5、b6。则b1和b6组合构成了一个2位数，从0到3，它对应着表的一行。从b2到b5构成了一个4位数，从0到15，对应着表中的一列。

例如，假设第6个S盒的输入为110011，第1位和第6位组合形成了11，对应着第6个S盒的第三行，中间4位组合形成了1001，它对应着同一个S盒的第9列，S盒6在第三行第9列的数是14，则用值1110来代替110011。

这是DES算法的关键步骤，所有其他的运算都是线性的，易于分析，而S盒是非线性的，它比DES的其他任何一步提供了更好的安全性。

这个代替过程的结果是8个4位的分组，他们重新合在一起形成了一个32位的分组。

5、P盒置换

S盒代替运算的32位输出依照P盒进行置换。该置换把每输入位映射到输出位，任一位不能被映射两次，也不能被略去，下表给出了每位移至的位置：

16, 7, 20, 21, 29, 12, 28, 17, 1, 15, 23, 26, 5, 18, 31, 10

2, 8, 24, 14, 32, 27, 3, 9, 19, 13, 30, 6, 22, 11, 4, 25

第21位移到了第4位，同时第4位移到了第31位。

最后，将P盒置换的结果与最初的64位分组的左半部分异或，然后左、右半部分交换，接着开始另一轮。

6、末置换

末置换是初始置换的逆过程。DES在最后一轮后，左半部分和右半部分并未交换，而是将两部分并在一起形成一个分组作为末置换的输入，该置换如下表如示：

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

五、实验遇到的困难及解决

六、实验心得总结

第二篇：11、实验报告封面

深圳大学实验报告

课程名称： 工程测量

实验项目名称：________________________

实验编号：No._________________________

学院：____________________________

年级专业：____________________________

指导教师：____________________________

组别：No._________________________

组长：___________ 学号：______________

组员：___________ 学号：______________

___________ ______________

实验时间：_______年_____月_____日

报告提交时间：_______年_____月_____日

教务处制

注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。

2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。

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