【正文】 ………………………………………………………………………………… ... II 第一章 概論 …………………………………………………… ..………………………… 1 課題 背景 ………………………………………………………………… ...…… ...… … 1 課題 意義 ………………………………………… …… ..…………………………… 2 第二章 DES 算法 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介及方案論述 ………………………………………………… .. 3 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 ……………………………………………… …… ..……………………… … 3 設(shè)計(jì)方案 ………………………………………… …… ..………………………… .… 3 DES 的加密過程 …………………………… …… ..………………………… .…… 4 DES 的解密過程 …………………………… …… ..………………………… .…… 5 第三章 DES 算法 詳細(xì)設(shè)計(jì) ………………………………………………..……………….. 6 子密鑰的產(chǎn)生 ……………………………… …… ..…………… …………… .… ……… 6 初始值換 IP……………………………… …… ..………………………… .…… …… 7 加密函數(shù) ……………………………… …… ..………………………… .……… …… 7 逆初始值換 1?IP ……………………………… …… ..………………………… .… … 9 第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析 …………………………………………………..……………….. 10 設(shè)計(jì)結(jié)果 ……………………………………… .… …… … …………………… ..… .… 10 設(shè)計(jì)結(jié)果分析 ……………………………………… …… ..………………………… .12 總 結(jié) …… .………………… …… ……………………………..…………………………. 13 致 謝 …… .……………… …… ………………………………..…………………………. 14 參考文獻(xiàn) …… .……………… ..………………………………..…………………………. 15 附錄 主要 程序代碼 ……… ...………………………………..…………………………. 15 武漢工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 綜合設(shè)計(jì) 報(bào)告 II 摘 要 DES（ Data Encryption Standard）算法是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（ NIST）于 1977 年公布由 IBM 公司研制的一種加密算法，并且批準(zhǔn)它作為非機(jī)要部門使用的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)。 DES 也是曾被廣泛使用的分組密碼，遍及世界的政府，銀行和標(biāo)準(zhǔn)化組織把 DES作為安全和論證通信的基礎(chǔ)。 DES 算法是分組密鑰，每次處理 64 位的明文數(shù)據(jù)，形成 64 位的密文。 此次設(shè)計(jì) 主要是對(duì) DES 數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)原理和流程的描述 ， D 從初始變換、 DES 的迭代過程、密鑰變換和逆置換等四個(gè)方面 開始研究的 ，并且用 Visual C＋＋語言實(shí)現(xiàn)了它的模擬應(yīng)用。 課題 背景 隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)在軍事、政治、金融 、工業(yè)、商業(yè)等部門的廣泛應(yīng)用，社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的依賴越來越大， 科學(xué)技術(shù)的研究和發(fā)展及其在商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用等方面，無一不與信息息息相關(guān)。由于信息是共享的，信息的擴(kuò)散會(huì)產(chǎn)生社會(huì)影響，所以保護(hù)信息的安全是信息時(shí)代的迫切需要。因此，確保計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息安全已成為世人關(guān)注的社會(huì)問題和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 Inter 已經(jīng)成為我們生活和工作中一個(gè)不可缺少的組成部分。 然而，目前影響電子政務(wù)、電子商務(wù)、電子金融應(yīng)用的主要技術(shù)障礙是信息安全問題。這就使得Inter 不能適應(yīng)電子政務(wù)、電子商務(wù)和電子金融等系統(tǒng)對(duì)信息安全的要求。 1977 年美國(guó)頒布了數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn) DES(Data Encryption Stantard)，這是密碼史上的一個(gè)創(chuàng)舉。DES 開創(chuàng)了向世人公開加密算法的先例。 DES 也是曾被廣泛使用的分組密碼，遍及世界的政府，銀行和標(biāo)準(zhǔn)化組織把 DES 作為安全和論證通信的基礎(chǔ)。 加密算法的原理：密碼體制從原理上可分為 2 大類，即單鑰密碼體制和雙鑰密碼體制。加密算法的應(yīng)用誤區(qū)： DES 算法具有極高的安全性 ,到目前為止 ,除了用窮舉搜索法對(duì) DES 算法進(jìn)行攻擊外 ,還沒有發(fā)現(xiàn)更有效的辦法。通過自己對(duì)加密算法的學(xué)習(xí)研究提出了自己對(duì)于加密算法的改進(jìn)思想：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，即使利用窮舉的方法也只需付出較小的代價(jià)就可以在 幾天內(nèi)完成破解的要求。 它設(shè)計(jì)精巧、安全、方便，是近代密碼的世界標(biāo)準(zhǔn)，為確保數(shù)據(jù)安全作出了重大貢獻(xiàn)。 武漢工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 綜合設(shè)計(jì) 報(bào)告 2 1． 2 課題 意義 世界主要工業(yè)國(guó)家中每年因計(jì)算機(jī)犯罪所造成的經(jīng)濟(jì)損失令人吃驚，據(jù)美國(guó) FBIde調(diào)查報(bào)告。據(jù)美國(guó)的一項(xiàng)調(diào)查報(bào)告，由 40%的被調(diào)查者承認(rèn)在他們的機(jī)構(gòu)中曾發(fā)生過利用計(jì)算機(jī)犯罪的事件。 社會(huì)的信息化導(dǎo)致第三次軍事革命，信息戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)成為新的作戰(zhàn)形式，數(shù)字化部隊(duì)和數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)已經(jīng)誕生。面對(duì)如此嚴(yán)重危害計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)信息安全的種種威脅，必須采取措施確保 計(jì)算 機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的信息安全。 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 在其網(wǎng)絡(luò)安全體系設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（ ISO 7498— 2）中定義了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的六大安全服務(wù)功能：身份認(rèn)證服務(wù)、訪問控制服務(wù)、數(shù)據(jù)加密服務(wù)、數(shù)據(jù)完整性服務(wù)、不可否認(rèn)服務(wù)和安全審計(jì)，比較全面地描述了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全的內(nèi)涵，而且強(qiáng)調(diào)了信息安全的服務(wù)職能。 眾所周知，能源、材料、信息是支撐現(xiàn)代社會(huì)大廈的 三根支柱。信息不能脫離信息系統(tǒng)而孤立存在。換句話說，當(dāng)我們討論信息安全問題時(shí)總是要討論信息系統(tǒng)的安全。 信息安全的關(guān)鍵技術(shù) —— 密碼技術(shù) 是一門古老的 技術(shù)，大概自人類社會(huì)出現(xiàn)戰(zhàn)爭(zhēng)便產(chǎn)生了密碼（ Cipher）。在軍事上，密碼成為決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的重要因素之一。 然而隨著據(jù)算機(jī)荷通信技術(shù)的迅速發(fā)展和普及應(yīng)用，出現(xiàn)了電子商務(wù)、電子金融等重要的應(yīng)用信息系統(tǒng)。 1977 年發(fā)布的 DES 算法具有極高安全性，到目前為止，除 了用窮舉搜索法對(duì) DES算法進(jìn)行攻擊外，還沒有發(fā)現(xiàn)更有效的辦法。密碼技術(shù)隨時(shí)都在更新， 1999 年美國(guó)政府頒布的三重 DES 為新的密碼標(biāo)準(zhǔn)。 武漢工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 綜合設(shè)計(jì) 報(bào)告 3 第 二 章 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介及設(shè)計(jì)方案論述 本章主要是介紹運(yùn)用 C++編寫出 一個(gè)加密和解密的密鑰對(duì)一段文字進(jìn)行加密和解密來達(dá)到隱秘的傳送信息的目的的程序?qū)崿F(xiàn)的理論基礎(chǔ)。 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 用 VC++ 來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（ DES）算法 的加密和解密 。 DES 綜合運(yùn)用了置換、代替、代數(shù)等多種密碼技術(shù)。 DES 的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了 Shannon信息保密理論所闡述的設(shè)計(jì)密碼的思想，標(biāo)志著密碼的設(shè)計(jì)與分析達(dá)到了新的水平。明文、密文和密鑰的分組長(zhǎng)度都是 64 位。 DES 是對(duì)合運(yùn)算，因而加密和解密 共 用同一算法，從而使工程實(shí)現(xiàn)的工作量減半。 DES 算法的入口參數(shù)有三個(gè)： Key、 Data、 Mode。 數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（ DES）的算法是 用于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)加密保護(hù)的分組加密的數(shù)學(xué)算法，算法以 64 bit 為一個(gè)分組對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。首先將原始數(shù)據(jù) 64 bit 明文進(jìn)行初始置換 IP，然后與子密鑰 (由加密密鑰產(chǎn)生 )進(jìn)行一系列迭代運(yùn)算，最后再經(jīng)過逆置換 1?IP ，即可得到 64 bit 密文 (加密后數(shù)據(jù) )。其中 S 盒 (S 選擇函數(shù) )是 DES 算法的心臟，由它實(shí)現(xiàn)非線性變換。 DES 算法實(shí)現(xiàn)時(shí)用到許多的數(shù)學(xué)知識(shí)， 子密鑰的產(chǎn)生，初始值換 IP，加密函數(shù)以及逆初始值換 1?IP 。 （ 2） 64 位明文首先經(jīng)過初始置換 IP（ Initial Permutation），將數(shù)據(jù)打亂重新排列并分成左右兩半。 （ 3）由加密函數(shù) f 實(shí)現(xiàn)子密鑰 1K 對(duì) 0R 的加密，結(jié)果為 32 位的數(shù)據(jù)組 ),( 10 KRf 。以 ),( 100 KRfL ?作為第二 次加密迭代的 1R ，以 0R 作為第二次加密迭代的 1L 。 （ 4）第二次加密迭代至第十六次加密迭代的分別用子密鑰 1632 , KKK ，? 進(jìn)行，其過程與第一次加密迭代相同。以其左邊 32 位作為 16R ，以其右邊 32 位作為 16L ，兩者合并再經(jīng)過逆初始置換 1?IP ,將數(shù)據(jù)重新排列，便得到 64位密文。 綜上可將 DES 的加密過程用如下的數(shù)學(xué)公式描述： 1?? ii RL ),( 11 iiii KRfLR ?? ?? 16,3,2,1 ??i DES 算法的解密過程 由于 DES 的運(yùn)算是對(duì)和運(yùn)算，所以解密和加密可共用同一個(gè)運(yùn)算，只是子密鑰使用的順序不同。 解密過程可使用如下的數(shù)學(xué)公式描述： ii LR ??1 ),(1 iiii KLfRL ??? 1,14,15,16 ，??i 過程如圖 22 所示： 圖 22 解密過程演示 武漢工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 綜合設(shè)計(jì) 報(bào)告 6 第 三 章 DES 算法 詳細(xì)設(shè)計(jì) 本章主要介紹了 DES 的算法細(xì)節(jié) ， DES 算法的細(xì)節(jié)分為子密鑰的產(chǎn)生、初始置換、加密函數(shù)還有逆置換四個(gè)過程。 子密鑰的產(chǎn)生過程如圖 31 所示。每個(gè)字節(jié)的前 7 位是真正的密鑰位，第 8 位是奇偶校驗(yàn)位。 對(duì)密鑰實(shí)施 置換選擇 1， 使得變換以后的密鑰的各個(gè)位與原密鑰位對(duì)應(yīng)關(guān)系如下 圖 32 所示 :（表一為忽略校驗(yàn)位以后情況） . 武漢工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 綜合設(shè)計(jì) 報(bào)告 7 0C 0D 圖 32 置換選擇 1 把變換后的密鑰等分成兩部分 ,前 28 位記為 C[0],后 28 位記為 D[0]。分別對(duì) C[i1],D[i1]作循環(huán)左移來生成 C[i],D[i].(共 16 次 )。變換過程如 圖 33， 按以上方法計(jì)算出 16 個(gè)子密鑰。初始置換的作用在于將 64位明文打亂重排，并分成左、右兩半。對(duì) 64 位數(shù)據(jù)塊的處理：把數(shù)據(jù)分成 64 位的數(shù)據(jù)塊，不夠 64 位的以適當(dāng)?shù)姆绞教钛a(bǔ)。 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 49 38 30 22 14