C语言DES加密算法分析

云南大学软件学院SchoolofSoftware,YunnanUniversity成绩学期:2011秋季学期课程名称:密码技术任课教师:学生姓名:学号:实验项目:实验二DES加密算法联系电话:电子邮件:完成提交时间：年月日密码技术实验报告实验项目：实验二，第2题实现DES对任意文件的加解密实验要求（内容）实现DES对任意文件的加解密，利用控制台对所有文件（中英文文本、符号甚至任意的文件）的加解密。加解密形式如下：cipher-e/-dkeyinputfileoutputfile说明：对于加密来说，输入文件名就是明文文件，对于解密来说，输入文件名就是密文文件，注意文件读取方式和控制文件结束控制台编程：intmain(intargc,char*argv[])实验环境操作系统：win7编译环境：MicrosoftVisualStudio2010实现功能本次实验达到了题目的要求：实现了用DES实现控制台对任意文件的加解密，用键盘接收明文（密文）文件路径和密钥，然后再输入需要保存的密文（明文）文件路径，然后就可以把加解密后得到的密明文文件保存该路径下。程序主要采取对数据的位操作的形式，把明密文文件中的内容以字节为单位读取，每次读取8个byte共65bits，然后使用标准DES的算法依次对读取的64bits明密文进出加解密处理。主函数的操作也充分体现了程序的可操作性和健壮性，能够让用户自己选择相应的操作，比如加密、解密以及对程序的一些基本情况说明。但是对文件的路径的输入有比较严格的格式约束。如：盘符名：\\文件名.txt格式错误则会导致文件打开失败，不能进行加解密操作。数据结构本次实验的程序较为复杂，涉及对位的操作。实验过程中用到的主要数据结构为数组和文件型指针，在实验中我定义了2个文件型指针FILE*fp1,*fp2，其中一个指向明文文件，一个指向密文文件。另外还定义了多个字符数组，如charPlainfpath[260]声明字符数组存储明文文件的文件路径，charCipherfpath[260]声明字符数组存储密文文件的文件路径，charkey[100]声明字符数组存储密钥。对于读取出来的数据均以unsignedchar的类型进行处理。这个程序的实现比较复杂的是对位的操作，主要包括取位值、移位和异或等，在对位的操作还主要用到了memcpy函数对unsignedchar类型的字符串进行复制，除此之外没有采用更多的数据结构。程序流程程序模块结构图：选择操作加密函数用户输入明密文文件路径和密钥开始start退出程序解密函数将8byte的明密文和密钥转换为64bits明（密）文文件是否能打开32bits对换，然后进行逆初始置换对打开的文件进行操作，每次取出长度为8个byte的明密文。退出程序明密文进行初始置换IP分成左右两部分进入F函数右半部分在F函数里依次进行扩展置换、与子密钥异或、S盒置换和P置换密钥进行置换选择1循环左移和置换选择2产生子密钥经F函数处理的与左半部分异或后成右半部分，原先的右半部分作为左半部分将结果由64bits转换成8byte，然后写入文件保存函数的调用关系：函数的接口：voidEncrypt(char*Plainfpath,char*Cipherfpath,unsignedchar*Keys);//加密函数voidDecrypt(char*Cipherfpath,char*Plainfpath,unsignedchar*Keys);//解密函数voidBlock_Encrypt(unsignedchar*Plain,unsignedchar*Cipher,unsignedchar*Key);//分组加密函数voidBlock_Decrypt(unsignedchar*Cipher,unsignedchar*Plain,unsignedchar*Key);//分组加密函数voidCToB(unsignedchar*C_String,unsignedchar*B_String);//将字符类型转换成二进制类型的函数voidBToC(unsignedchar*B_String,unsignedchar*C_String);//将二进制类型转换成字符类型的函数voidL_Shift(unsignedchar*PC_Key,intcount);//加密中循环左移函数voidR_Shift(unsignedchar*PC_Key,intcount);//解密中循环右移函数voidF_function(unsignedchar*R_String,unsignedchar*S_Key);//F函数voidExplain();//程序说明函数main()Encrypt()Decrypt()Explain()Block_Encrypt()Block_Decrypt()BToC()CToB()F_function()L_Shift()R_Shift()代码与代码分析主要函数的接口、调用与被调用函数、所实现的功能和实现的主要思路：intmain(charch)：Function:为用户提供基本操作，调用加密解密函数。Calls:Encrypt()，Decrypt()和Explain()。CalledBy:未被其它函数调用。Input(type)字符型（char）。Output(type):无，只是输出“”中的字符串。Return(type):整型Others:无Bug:测试尚未发现voidEncrypt(char*Plainfpath,char*Cipherfpath,unsignedchar*Keys)Function:实现的功能是：接收明文文件路径和密钥，并打开文件，然后根据对文件的操作依次从文件中以二进制方式读取字符，并使用DES算法加密，然后将处理过的二进制字符写入到密文文件中。实现的主要思路：首先调用fopen()函数打开文件，对打开的文件进行操作，调用fseek()函数定位读写指针函数fseek,将文件的读写指针移到文件结束位置，调用ftell()函数返回fp1指向的文件中的读写指针当前位置，即文件的长度，再调用rewind()函数将文件读写指针移到文件开始位置。调用fgetc()从fp1所指向的明文文件中依次以二进制的方式读取字符，然后调用Block_Encrypt进行加密，并把结果写入密文文件保存。此外对于不足8byte的分组将填充*并作标记以便进行加密。Calls:Block_Encrypt()CalledBy:main()Input(type)char类型的数组Output(type):char类型的数组Return(type):无返回值的类型。Others:无Bug:测试中尚未发现voidDecrypt(char*Cipherfpath,char*Plainfpath,unsignedchar*Keys)Function:实现的功能是：接收密文文件路径和密钥，并打开文件，然后根据对文件的操作依次从文件中以二进制方式读取字符，并使用DES算法解密，然后将处理过的二进制字符写入到明文文件中。实现的主要思路：首先调用fopen()函数打开文件，对打开的文件进行操作，调用fseek()函数定位读写指针函数fseek,将文件的读写指针移到文件结束位置，调用ftell()函数返回fp1指向的文件中的读写指针当前位置，即文件的长度，再调用rewind()函数将文件读写指针移到文件开始位置。调用fgetc()从fp1所指向的密文文件中依次以二进制的方式读取字符，然后调用Block_Decrypt()进行解密，并把结果写入明文文件保存。此外对于之前有填充标记的分组在解密后应该删除填充进去的*。Calls:Block_Decrypt()CalledBy:main()Input(type)char类型的数组Output(type):char类型的数组Return(type):无返回值的类型。Others:无Bug:测试中尚未发现voidBlock_Encrypt(unsignedchar*Plain,unsignedchar*Cipher,unsignedchar*Key)Function:实现的功能是：接收8个byte的明文，并使用DES算法加密，得到8个byte的密文。实现的主要思路：首先调用CToB()将二进制明文字符与密钥字符转换成64bits，再依次对64bit的明文进行初始置换、16轮F_function()函数的处理、32bit对换和逆初始置换得到64bit密文。在F函数中使用的子密钥是将输入的密钥进行置换选择1的处理然后在每轮加密中再对密钥进行循环左移和置换选择2的处理后得到子密钥。最后调用BToC()将64bit转换成8个byte的密文。Calls:CToB()，F_function()，L_Shift和BToC()。CalledBy:Encrypt()Input(type)unsignedchar类型的数组Output(type):unsignedchar类型的数组Return(type):无返回值的类型。Others:无Bug:测试中尚未发现voidBlock_Decrypt(unsignedchar*Cipher,unsignedchar*Plain,unsignedchar*Key);Function:实现的功能是：接收8个byte的密文，并使用DES算法加密，得到8个byte的明文。实现的主要思路：首先调用CToB()将二进制密文字符与密钥字符转换成64bits，再依次对64bit的密文进行初始置换、16轮F_function()函数的处理、32bit对换和逆初始置换得到64bit明文。在F函数中使用的子密钥是将输入的密钥进行置换选择1的处理然后在每轮解密中再对密钥进行循环右移和置换选择2的处理后得到子密钥。最后调用BToC()将64bit转换成8个byte的明文。Calls:CToB()，F_function()，R_Shift和BToC()。CalledBy:Decrypt()Input(type)unsignedchar类型的数组Output(type):unsignedchar类型的数组Return(type):无返回值的类型。Others:无Bug:测试中尚未发现voidCToB(unsignedchar*C_String,unsignedchar*B_String)Function:将字符（8byte）转换成二进制位值（64bit）实现的主要思路：利用表达式*(B_String+(8*i+7-j))=(C_String[i]j)&1对C_String[i]中的字符进行移位操作取出每个位的值赋值给B_String。Calls:无CalledBy:Block_Encrypt和Block_Decrypt()Input(type)unsignedchar类型的数组Output(type):unsignedchar类型的数组Return(type):无Others:无Bug:测试尚未发现voidBToC(unsignedchar*B_String,unsignedchar*C_String)Function:将二进制位值（64bit）转换成字符（8byte）实现的主要思路：利用表达式*(C_String+i)=*(C_String+i)|(*(B_String+(8*i+j))(7-j))将B_String中的每8个值进行移位的等操作构成C_String中的一个值。Calls:无CalledBy:Block_Encrypt和Block_Decrypt()Input(type)unsignedchar类型的数组Output(type):unsignedchar类型的数组Return(type):无Others:无Bug:测试尚未发现voidL_Shift(unsignedchar*PC_Key,intcount)Function:将56bit的密钥分两部分左移count位实现的主要思路：