Python——加密算法DES

目录

1. 加密算法DES介绍

2. DES框架

2.1 DES的基础框架分析及介绍

2.1 IP置换以及IP逆置换

2.3 计算每一轮的子密钥

2.4 F函数及异或计算

2.4.1 E扩展置换

2.4.2 S盒代替

2.4.3 P盒置换

3. DES实现


1. 加密算法DES介绍

DES算法是一种经典的对称算法,即加密数据和解密数据用的密钥是同一个。

DES算法的最主要的内容有三个:Key、Data、Mode。

Key:密钥(密钥长度为64位二进制,即8个字节的长度。其中有8位是校验位)

Data:加密数据或解密数据(每64位即8字节位一块,按块进行加解密)

Mode:加密操作、解密操作

2. DES框架

2.1 DES的基础框架分析及介绍

可以在百度百科找到加密的流程图,如下:

Python——加密算法DES_第1张图片

由流程图我们可以得出,DES加密实现的基础框架内容:(明文二进制,每64位位一块,以其中的一块作为示例)

  1. 对明文二进制的一块进行IP置换
  2. 对IP置换后的数据进行切分,左32位 L0、右32位 R0
  3. 计算根据密钥计算每一轮的子密钥:K0、K1......、K15
  4. 获取得到下一轮的 Ln 与 Rn ,中间参与运算的有 Kn,以及计算函数 F 等。
  5. 重复步骤 4 操作16次
  6. 合并最后计算得到的 L15 与 R15,之后进行IP逆置换得到最后的密文

根据上面的框架内容:需要了解以下内容:

  • IP置换以及IP逆置换
  • 子密钥的计算方法
  • Rn 与 Kn 的计算函数 F ,以及函数计算得到的结果与 Ln-1 的操作(异或)

好的,根据前面的内容,一步一步了解,之后就可以搭建完整的框架了

2.1 IP置换以及IP逆置换

IP置换目的是将输入的64位数据块按位重新组合,并把输出分为L0、R0两部分,每部分各长32位。下面为IP置换表

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

置换的意思是将数据按照表中的数据更换数据。示例:
明文的二进制为:0100100101001100010011110101011001000101010110010100111101010101(ILOVEYOU:每个字符以8位转换)

那么明文的第 1 为 0 需要置换为第 58 位的值,即 1,同理每一位按置换表重新排列。

故:IP置换后的数据为:1111111110101000110111101111010100000000000000000110011101001100

同理IP逆置换也是一样的操作。

IP逆置换表如下:

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

2.3 计算每一轮的子密钥

DES的密钥每个字节的第8位作为奇偶校验位,密钥由64位减至56位。这56位的密钥由一下的密钥置换表获得。

密钥置换表:(没有8,16,24,32,40,48,56和64这8位)

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的每一轮的子密钥,从这56位密钥产生出不同的48位子密钥,确定这些子密钥的方式如下:

  1. 将56位的密钥分成两部分,每部分28位。
  2. 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:

轮数

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,又从56位中选出48位。置换了每位的顺序,最终确定子密钥。此过程称为密钥压缩置换。压缩置换规则如下表(注意表中没有9,18,22,25,35,38,43和54这8位):

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

2.4 F函数及异或计算

由流程图可以得知 F 函数参数有 Rn 以及 Kn。Rn的长度是32位,Kn的长度是48(Kn即为每一轮的子密钥)。

在这一块中,需要进行的操作比较多,也相对比较复杂,有以下的内容:

  1. E扩展置换:将右半部分数据Rn从32位置换成48位,之后与当前子密钥进行异或运算
  2. S盒代替:将48位数据代替为32位数据。共有8个S盒,将E置换得到的48位数据,分为8组,每组6位,每个盒子输入6位输出4位,组合得到32位
  3. P盒置换:S盒代替运算的32位输出按照P盒进行置换。该置换把输入的每位映射到输出位,任何一位不能被映射两次,也不能被略去。得到的数据还是32位的。

2.4.1 E扩展置换

扩展置置换目标是IP置换后获得的右半部分Rn,将32位输入扩展为48位(分为4位×8组)输出。

扩展置换目的有两个:生成与密钥相同长度的数据以进行异或运算;提供更长的结果,在后续的替代运算中可以进行压缩。

  扩展置换表如下:

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

表中的数字代表第几位,两列黄色数据是扩展的数据,可以看出,扩展的数据是从相邻两组分别取靠近的一位,4位变为6位。靠近32位的位为1,靠近1位的位为32。表中第二行的4取自上组中的末位,9取自下组中的首位。

扩展置换之后,右半部分数据Rn变为48位,与密钥置换得到的子密钥进行异或操作。

2.4.2 S盒代替

由P置换之后的数据与字密钥异或得到新的48位数据,将这个数据送人S盒,进行替代运算。替代由8个不同的S盒完成,每个S盒有6位输入4位输出。48位输入分为8个6位的分组,一个分组对应一个S盒,对应的S盒对各组进行代替操作。

每个S盒都是一个4行16列的表,盒中的每一项都是一个4位的数。S盒的6个输入确定了其对应的输出在哪一行哪一列,输入的高低两位做为行数H,中间四位做为列数L,在S盒中查找第H行L列对应的数据(<32)。

例如,假设输入为110011,第1位和第6位组合为11,对应于S盒的第3行;第2位到第5位为1001,对应于S盒的第9列。查找的第3行第9列的数字,如S盒1,因此用1111来代替110011。注意,S盒的行列计数都是从0开始。

代替过程产生8个4位的分组,在最后组合在一起形成32位数据。

以下为S盒的表:

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

19

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

5

8

3

15

13

0

14

9

14

11

2

12

4

7

13

1

5

0

15

13

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

2.4.3 P盒置换

由S盒置换后得到的数据,进行P置换。P置换表如下:

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

3. DES实现

  根据第二部分DES的框架介绍,现在可以根据这些来实现DES算法。为了实现算法,将每以主要的步骤模块化,根据步骤,创建以下函数:

  1. __substitution(self, table:str, self_table:list)->str:置换函数,用于密钥置换、IP置换、P置换等
    
  2. __f_funtion(self, right:str, key:str)->str:F函数,right加密过程中的右半部分,key表示参与的子密钥。函数实现:对right进行E扩展,与key 进行异或操作,进入S盒替代,进行P置换,返回。
  3. __get_key_list(self)->list:返回加密过程中16轮的子密钥
  4. __xor_function(self, xor1:str, xor2:str)->str:异或操作返回结果
  5. __s_box(self, xor_result:str):进行S盒替代的函数,48位替换为32位
  6. __iteration(self, bin_plaintext:str, key_list:list):因为右半部分是操作了16轮,所以合并在一起组成一个函数,返回进行F函数以及和left异或操作之后的字符串。
  7. __bin2int(self, binary: str) -> list:由于加密之后的二进制无法直接转成字符,有不可见字符在,utf8可能无法解码,所以需要将二进制字符串每8位转成int型号列表,用于转成bytes再转hex
  8. __int2bin(self, list_int: list) -> str:将int类型的列表转成二进制串

对外提供的接口:

  1. str2bin(self, string: str) -> str:将明文转为二进制字符串:
  2. bin2str(self, binary: str) -> str:二进制字符串转成字符串
  3. modify_secretkey(self):修改默认密钥函数
  4. encode(self, plaintext):加密
  5. decode(self, ciphertext):解密
  6. main(self):测试函数
  7. 初始化内容:初始化各种置换表,以及默认密钥等

        全部代码:

import binascii

class ArrangeSimpleDES():
    def __init__(self):
        # 出初始化DES加密的参数
        self.ip = [
            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,
        ]  # ip置换

        self.ip1 = [
            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,
        ]  # 逆ip置换
        self.E = [
            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,
        ]  # E置换,将32位明文置换位48位
        self.P = [
            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,
        ]  # P置换,对经过S盒之后的数据再次进行置换
        # 设置默认密钥
        self.K = '0111010001101000011010010111001101101001011100110110100101110110'
        self.k1 = [
            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,
        ]  # 密钥的K1初始置换
        self.k2 = [
            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,
        ]

        self.k0 = [1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, ]  # 秘钥循环移位的位数

        self.S = [
            [
                0xe, 0x4, 0xd, 0x1, 0x2, 0xf, 0xb, 0x8, 0x3, 0xa, 0x6, 0xc, 0x5, 0x9, 0x0, 0x7,
                0x0, 0xf, 0x7, 0x4, 0xe, 0x2, 0xd, 0x1, 0xa, 0x6, 0xc, 0xb, 0x9, 0x5, 0x3, 0x8,
                0x4, 0x1, 0xe, 0x8, 0xd, 0x6, 0x2, 0xb, 0xf, 0xc, 0x9, 0x7, 0x3, 0xa, 0x5, 0x0,
                0xf, 0xc, 0x8, 0x2, 0x4, 0x9, 0x1, 0x7, 0x5, 0xb, 0x3, 0xe, 0xa, 0x0, 0x6, 0xd,
            ],
            [
                0xf, 0x1, 0x8, 0xe, 0x6, 0xb, 0x3, 0x4, 0x9, 0x7, 0x2, 0xd, 0xc, 0x0, 0x5, 0xa,
                0x3, 0xd, 0x4, 0x7, 0xf, 0x2, 0x8, 0xe, 0xc, 0x0, 0x1, 0xa, 0x6, 0x9, 0xb, 0x5,
                0x0, 0xe, 0x7, 0xb, 0xa, 0x4, 0xd, 0x1, 0x5, 0x8, 0xc, 0x6, 0x9, 0x3, 0x2, 0xf,
                0xd, 0x8, 0xa, 0x1, 0x3, 0xf, 0x4, 0x2, 0xb, 0x6, 0x7, 0xc, 0x0, 0x5, 0xe, 0x9,
            ],
            [
                0xa, 0x0, 0x9, 0xe, 0x6, 0x3, 0xf, 0x5, 0x1, 0xd, 0xc, 0x7, 0xb, 0x4, 0x2, 0x8,
                0xd, 0x7, 0x0, 0x9, 0x3, 0x4, 0x6, 0xa, 0x2, 0x8, 0x5, 0xe, 0xc, 0xb, 0xf, 0x1,
                0xd, 0x6, 0x4, 0x9, 0x8, 0xf, 0x3, 0x0, 0xb, 0x1, 0x2, 0xc, 0x5, 0xa, 0xe, 0x7,
                0x1, 0xa, 0xd, 0x0, 0x6, 0x9, 0x8, 0x7, 0x4, 0xf, 0xe, 0x3, 0xb, 0x5, 0x2, 0xc,
            ],
            [
                0x7, 0xd, 0xe, 0x3, 0x0, 0x6, 0x9, 0xa, 0x1, 0x2, 0x8, 0x5, 0xb, 0xc, 0x4, 0xf,
                0xd, 0x8, 0xb, 0x5, 0x6, 0xf, 0x0, 0x3, 0x4, 0x7, 0x2, 0xc, 0x1, 0xa, 0xe, 0x9,
                0xa, 0x6, 0x9, 0x0, 0xc, 0xb, 0x7, 0xd, 0xf, 0x1, 0x3, 0xe, 0x5, 0x2, 0x8, 0x4,
                0x3, 0xf, 0x0, 0x6, 0xa, 0x1, 0xd, 0x8, 0x9, 0x4, 0x5, 0xb, 0xc, 0x7, 0x2, 0xe,
            ],
            [
                0x2, 0xc, 0x4, 0x1, 0x7, 0xa, 0xb, 0x6, 0x8, 0x5, 0x3, 0xf, 0xd, 0x0, 0xe, 0x9,
                0xe, 0xb, 0x2, 0xc, 0x4, 0x7, 0xd, 0x1, 0x5, 0x0, 0xf, 0xa, 0x3, 0x9, 0x8, 0x6,
                0x4, 0x2, 0x1, 0xb, 0xa, 0xd, 0x7, 0x8, 0xf, 0x9, 0xc, 0x5, 0x6, 0x3, 0x0, 0xe,
                0xb, 0x8, 0xc, 0x7, 0x1, 0xe, 0x2, 0xd, 0x6, 0xf, 0x0, 0x9, 0xa, 0x4, 0x5, 0x3,
            ],
            [
                0xc, 0x1, 0xa, 0xf, 0x9, 0x2, 0x6, 0x8, 0x0, 0xd, 0x3, 0x4, 0xe, 0x7, 0x5, 0xb,
                0xa, 0xf, 0x4, 0x2, 0x7, 0xc, 0x9, 0x5, 0x6, 0x1, 0xd, 0xe, 0x0, 0xb, 0x3, 0x8,
                0x9, 0xe, 0xf, 0x5, 0x2, 0x8, 0xc, 0x3, 0x7, 0x0, 0x4, 0xa, 0x1, 0xd, 0xb, 0x6,
                0x4, 0x3, 0x2, 0xc, 0x9, 0x5, 0xf, 0xa, 0xb, 0xe, 0x1, 0x7, 0x6, 0x0, 0x8, 0xd,
            ],
            [
                0x4, 0xb, 0x2, 0xe, 0xf, 0x0, 0x8, 0xd, 0x3, 0xc, 0x9, 0x7, 0x5, 0xa, 0x6, 0x1,
                0xd, 0x0, 0xb, 0x7, 0x4, 0x9, 0x1, 0xa, 0xe, 0x3, 0x5, 0xc, 0x2, 0xf, 0x8, 0x6,
                0x1, 0x4, 0xb, 0xd, 0xc, 0x3, 0x7, 0xe, 0xa, 0xf, 0x6, 0x8, 0x0, 0x5, 0x9, 0x2,
                0x6, 0xb, 0xd, 0x8, 0x1, 0x4, 0xa, 0x7, 0x9, 0x5, 0x0, 0xf, 0xe, 0x2, 0x3, 0xc,
            ],
            [
                0xd, 0x2, 0x8, 0x4, 0x6, 0xf, 0xb, 0x1, 0xa, 0x9, 0x3, 0xe, 0x5, 0x0, 0xc, 0x7,
                0x1, 0xf, 0xd, 0x8, 0xa, 0x3, 0x7, 0x4, 0xc, 0x5, 0x6, 0xb, 0x0, 0xe, 0x9, 0x2,
                0x7, 0xb, 0x4, 0x1, 0x9, 0xc, 0xe, 0x2, 0x0, 0x6, 0xa, 0xd, 0xf, 0x3, 0x5, 0x8,
                0x2, 0x1, 0xe, 0x7, 0x4, 0xa, 0x8, 0xd, 0xf, 0xc, 0x9, 0x0, 0x3, 0x5, 0x6, 0xb,
            ],
        ]  # 16进制表示S盒的数据,S盒是为了将48位转换为32位,有8个盒子

    def __substitution(self, table: str, self_table: list) -> str:
        """
        :param table: 需要进行置换的列表,是一个01字符串
        :param self_table: 置换表,在__init__中初始化了
        :return: 返回置换后的01字符串
        """
        sub_result = ""
        for i in self_table:
            sub_result += table[i - 1]
        return sub_result

    def str2bin(self, string: str) -> str:
        """
        将明文转为二进制字符串:
        :param string: 任意字符串
        :return:二进制字符串
        """
        plaintext_list = list(bytes(string, 'utf8'))  # 将字符串转成bytes类型,再转成list
        result = []  # 定义返回结果
        for num in plaintext_list:
            result.append(bin(num)[2:].zfill(8))  # 将列表的每个元素转成二进制字符串,8位宽度
        return "".join(result)

    def bin2str(self, binary: str) -> str:
        """
        二进制字符串转成字符串
        :param binary:
        :return:
        """
        list_bin = [binary[i:i + 8] for i in range(0, len(binary), 8)]  # 对二进制字符串进行切分,每8位为一组
        list_int = []
        for b in list_bin:
            list_int.append(int(b, 2))  # 对二进制转成int
        result = bytes(list_int).decode()  # 将列表转成bytes,在进行解码,得到字符串
        return result

    def __bin2int(self, binary: str) -> list:
        """
        由于加密之后的二进制无法直接转成字符,有不可见字符在,utf8可能无法解码,所以需要将二进制字符串每8位转成int型号列表,用于转成bytes再转hex
        :param binary: 二进制字符串
        :return: int型列表
        """
        list_bin = [binary[i:i + 8] for i in range(0, len(binary), 8)]  # 对二进制字符串进行切分,每8位为一组
        list_int = []
        for b in list_bin:
            list_int.append(int(b, 2))
        return list_int

    def __int2bin(self, list_int: list) -> str:
        result = []
        for num in list_int:
            result.append(bin(num)[2:].zfill(8))
        return ''.join(result)

    def __get_block_list(self, binary: str) -> list:
        """
        对明文二进制串进行切分,每64位为一块,DES加密以64位为一组进行加密的
        :type binary: 二进制串
        """
        len_binary = len(binary)
        if len_binary % 64 != 0:
            binary_block = binary + ("0" * (64 - (len_binary % 64)))
            return [binary_block[i:i + 64] for i in range(0, len(binary_block), 64)]
        else:
            return [binary[j:j + 64] for j in range(0, len(binary), 64)]

    def modify_secretkey(self):
        """
        修改默认密钥函数
        :return: None
        """
        print('当前二进制形式密钥为:{}'.format(self.K))
        print("当前字符串形式密钥为:{}".format(self.bin2str(self.K)))
        newkey = input("输入新的密钥(长度为8):")
        if len(newkey) != 8:
            print("密钥长度不符合,请重新输入:")
            self.modify_secretkey()
        else:
            bin_key = self.str2bin(newkey)
            self.K = bin_key
            print("当前二进制形式密钥为:{}".format(self.K))

    def __f_funtion(self, right: str, key: str):
        """
        :param right: 明文二进制的字符串加密过程的右半段
        :param key: 当前轮数的密钥
        :return: 进行E扩展,与key异或操作,S盒操作后返回32位01字符串
        """
        # 对right进行E扩展
        e_result = self.__substitution(right, self.E)
        # 与key 进行异或操作
        xor_result = self.__xor_function(e_result, key)
        # 进入S盒子
        s_result = self.__s_box(xor_result)
        # 进行P置换
        p_result = self.__substitution(s_result, self.P)
        return p_result

    def __get_key_list(self):
        """
        :return: 返回加密过程中16轮的子密钥
        """
        key = self.__substitution(self.K, self.k1)
        left_key = key[0:28]
        right_key = key[28:56]
        keys = []
        for i in range(1, 17):
            move = self.k0[i - 1]
            move_left = left_key[move:28] + left_key[0:move]
            move_right = right_key[move:28] + right_key[0:move]
            left_key = move_left
            right_key = move_right
            move_key = left_key + right_key
            ki = self.__substitution(move_key, self.k2)
            keys.append(ki)
        return keys

    def __xor_function(self, xor1: str, xor2: str):
        """
        :param xor1: 01字符串
        :param xor2: 01字符串
        :return: 异或操作返回的结果
        """
        size = len(xor1)
        result = ""
        for i in range(0, size):
            result += '0' if xor1[i] == xor2[i] else '1'
        return result

    def __s_box(self, xor_result: str):
        """
        :param xor_result: 48位01字符串
        :return: 返回32位01字符串
        """
        result = ""
        for i in range(0, 8):
            # 将48位数据分为6组,循环进行
            block = xor_result[i * 6:(i + 1) * 6]
            line = int(block[0] + block[5], 2)
            colmn = int(block[1:4], 2)
            res = bin(self.S[i][line * colmn])[2:]
            if len(res) < 4:
                res = '0' * (4 - len(res)) + res
            result += res
        return result

    def __iteration(self, bin_plaintext: str, key_list: list):
        """
        :param bin_plaintext: 01字符串,64位
        :param key_list: 密钥列表,共16个
        :return: 进行F函数以及和left异或操作之后的字符串
        """
        left = bin_plaintext[0:32]
        right = bin_plaintext[32:64]
        for i in range(0, 16):
            next_lift = right
            f_result = self.__f_funtion(right, key_list[i])
            next_right = self.__xor_function(left, f_result)
            left = next_lift
            right = next_right
        bin_plaintext_result = left + right
        return bin_plaintext_result[32:] + bin_plaintext_result[:32]

    def encode(self, plaintext):
        """
        :param plaintext: 明文字符串
        :return: 密文字符串
        """
        bin_plaintext = self.str2bin(plaintext)
        bin_plaintext_block = self.__get_block_list(bin_plaintext)
        ciphertext_bin_list = []
        key_list = self.__get_key_list()
        for block in bin_plaintext_block:
            # 初代ip置换
            sub_ip = self.__substitution(block, self.ip)
            ite_result = self.__iteration(sub_ip, key_list)
            # 逆ip置换
            sub_ip1 = self.__substitution(ite_result, self.ip1)
            ciphertext_bin_list.append(sub_ip1)
        ciphertext_bin = ''.join(ciphertext_bin_list)
        result = self.__bin2int(ciphertext_bin)
        return bytes(result).hex().upper()

    def decode(self, ciphertext):
        '''
        :param ciphertext: 密文字符串
        :return: 明文字符串
        '''
        b_ciphertext = binascii.a2b_hex(ciphertext)
        bin_ciphertext = self.__int2bin(list(b_ciphertext))
        bin_plaintext_list = []
        key_list = self.__get_key_list()
        key_list = key_list[::-1]
        bin_ciphertext_block = [bin_ciphertext[i:i + 64] for i in range(0, len(bin_ciphertext), 64)]
        for block in bin_ciphertext_block:
            sub_ip = self.__substitution(block, self.ip)
            ite = self.__iteration(sub_ip, key_list)
            sub_ip1 = self.__substitution(ite, self.ip1)
            bin_plaintext_list.append(sub_ip1)
        bin_plaintext = ''.join(bin_plaintext_list).replace('00000000', '')
        return self.bin2str(bin_plaintext)

    def main(self):
        select = input("Please selecting:\n1、Encryption\t 2、Decrpytion\nYour selecting:")
        if select == '1':
            plaintext = input("Input plaintext:")
            # print("Your plaintext is:{}".format(plaintext))
            ciphertext = self.encode(plaintext)
            print("The ciphertext is:{}".format(ciphertext))
        elif select == '2':
            plaintext = input("Input ciphertext:")
            # print("Your ciphertext is:{}".format(plaintext))
            plaintext = self.decode(plaintext)
            print("The plaintext is:{}".format(plaintext))
            # print(len(plaintext))
        else:
            input("Please selecting again!")
            self.main()


if __name__ == '__main__':
    mydes = ArrangeSimpleDES()
    mydes.modify_secretkey()
    while True:
        mydes.main()
        print("")

运行结果:

Python——加密算法DES_第2张图片

 

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