网络安全_密码学实验_对称加密算法DES

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一、实验环境

PyCharm 2019.2.4 (Professional Edition) & Python 3.7

二、对称加密DES

1.理解DES算法原理

2.加密过程

2.1首先第一步要从文件中读取明文；

Python中内置了很多的库，在这里直接调用open函数来读取文本，选择r模式，表示只读操作

2.2 对明文进行字符转换成ASCII码，再转换成比特流，每64位分一组，最后不足的用0补齐

2.3 对密钥进行字符转换成ASCII码，再转换成比特流，每64位分一组，最后不足的用0补齐

2.4 对每组的64位比特进行IP置换
这一步比较简单，将比特流进行IP置换,核心其实就是置换的IP盒，将明文比特流中的每一位，按照IP盒中的顺序，重新排序：即盒中第x位数字为y，表示将64一组的明文比特流的第y位，放在x位。

2.5 生成子密钥，得到16个子密钥，封并且存放在列表中待使用。
密钥是按照64位一组进行的划分，有64位，其实有效位仅为56位，需要通过PC-1盒先选择出有效的该56位：和明文一样，这里也需要分成左右两个部分，每个子部分是28位对该28位，进行重复左移，第LS1,LS2,LS9,LS16次是循环左移1位变换，其他为循环左移2为变换这里将循环左移的位数，写在一个列表SHIFT中，方便调用，每一轮左移，都会得到一个56位子密钥，需要再通过PC-2选择出最终的48比特的子密钥。原理图如下

2.6 将明文分成L,R两组，各32位。对得到的L,R进行16轮的Feistal变换

其中，F函数是DES算法最核心的部分，在此，讲解一下一轮变换的具体步骤：

1) 首先使用E盒，将明文32bit拓展为48bit，

2. 然后与子密钥进行异或运算
   

3. 得到的结果按每组6位分为8组；再经过S盒，从6位中选择出4位，得到32bit
   

4. 经过P盒置换后，得到最终32位结果
   

2.7 再使用IP-1函数将L,R合并为密文比特流

2.8 最后将密文比特流转换成密文字符保存。

3.解密过程

关于解密过程，和加密过程原理是相同的，仅仅是密钥选择顺序不同。如下图：

三、运行结果

运行本程序，显示功能清单，选择使用DES加密或者DES解密。首先，选择1，然后输入明文（明文长度不受限制），接着输入密钥，回车，显示加密后的内容。
然后，选择2，接着输入密钥，回车，显示明文。