实 验 报 告课程名称 信息安全与保密 实验项目名称 实验二 DES 加密算法班级与班级代码 08 信管 2 班 082511012 实验室名称（或课室） 实验大楼 809 专 业 2008 信息管理与信息系统 2 班 任课教师 郑心炜 学 号： 082511012* 姓 名： 黄* 机器号码： 5 组 C（周三） 实验日期： 2011 年 3 月 30 日 广东商学院教务处 制 姓 名 黄 * 实 验 报 告 成 绩 评 语 ：得 分 项 目 得 分认真预习，实验目的明确。有简要的实验分析总结。排版格式规范，符合要求（30 分）各实验步骤清晰、完整且有条理，都有解释和截图说明，置换矩 阵也清晰写明，每一步骤的数据详细，转换时候前后数据也详细。 （20 分）实验内容：流程清晰，有条理，明文转换密文的流程，子密钥的产生流程都调理清晰，流程图具备。 （50 分） 总 分指 导 教 师 （签名） 年 月 日说 明 ： 指 导 教 师 评 分 后 ， 实 验 报 告 交 院 （ 系 ） 办 公 室 保 存 。实验二 DES 加密算法一、实验目的1. 理解对称加密算法的原理和特点2. 理解 DES 和 AES 算法的加密原理二、实验环境Windows 虚拟机、网络信息安全教学平台三、实验工具CIS 工具箱该实验使用加密解密工具。四、实验原理对称密钥加密机制即对称密码体系，也称为单钥密码体系和传统密码体系。对称密码体系通常分为两大类，一类是分组密码（如DES、AES 算法） ，另一类是序列密码（如 RC4 算法） 。对称密码体系加密和解密时所用的密钥是相同的或者是类似的，即由加密密钥可以很容易地推导出解密密钥，反之亦然。同时在一个密码系统中，我们不能假定加密算法和解密算法是保密的，因此密钥必须保密。发送信息的通道往往是不可靠的或者不安全的，所以在对称密码系统中，必须用不同于发送信息的另外一个安全信道来发送密钥。图 2-1-1 描述了对称密码(传统密码)系统原理框架，其中 M 表示明文；C 表示密文；E 表示加密算法；D 表示解密算法；K 表示密钥；I 表示密码分析员进行密码分析时掌握的相关信息；B表示密码分析员对明文 M 的分析和猜测。五、实验步骤（1）打开 windows 虚拟机的网络信息安全教学平台的密码工具，输入八位十进制的密码和密钥。密码是：51101249；密钥是：51101249.（2）DES 的加密过程1.初始置换经过分组后的 64 位明文分组将按照初始置换表重新排列次序，进行初始置换，置换方法如下：初始置换表从左到右，从上到下读取，如第一行第一列为 58，意味着将原明文分组的第 58 位置换到第 1 位，初始置换表的下一个数为 50，意味着将原明文分组的第 50位置换到第 2 位，依次类推，将原明文分组的 64 位全部置换完成2. 16 轮循环经过了初始置换的 64 位明文数据在中间分成 2 部分，每部分32 位，左半部分和右半部分分别记为 L0 和 R0。然后，L0 和 R0 进入第一轮子加密过程。R0 经过一系列的置换得到 32 位输出，再与L0 进行异或（XOR）运算。其结果成为下一轮的 R1，R0 则成为下一轮的 L1，如此连续运作 16 轮。我们可以用下列两个式子来表示其运算过程：Ri = Li-1 XOR f(Ri-1，Ki)Li = Ri-1(i = 1，2，16)3.扩展置换32 位的右半部分明文数据首先要进行扩展置换，扩展置换将 32位的输入数据扩展成为 48 位的输出数据，它有三个目的：第一，它产生了与子密钥同长度的数据以进行异或运算；第二，它提供了更长的结果，使得在以后的子加密过程中能进行压缩；第三，它产生雪崩效应（avalanche effect） ，这也是扩展置换最主要的目的，使得输入的一位将影响两个替换，所以输出对输入的依赖性将传播的更快（雪崩效应） 。扩展置换的置换方法与初始置换相同，只是置换表不同。4异或运算扩展置换的 48 位输出数据与相应的子密钥进行按位异或运算，关于子密钥的产生过程以后将详细讨论，按位异或运算的运算法则如下（其中为异或运算符）：5. S 盒置换S 盒置换是 DES 算法中最重要的部分，也是最关键的步骤，因为其他的运算都是线性的，易于分析，只有 S 盒代替是非线性的，它比 DES 中任何一步都提供了更好的安全性。经过异或运算得到的 48 位输出数据要经过 S 盒置换，置换由 8个盒完成，记为 S 盒。每个 S 盒都有 6 位输入，4 位输出。6.直接置换S 盒置换后的 32 位输出数据将进行直接置换，该置换把每个输入位映射到输出位，任意一位不能被映射两次，也不能略去，表 2-1-4 为直接置换表，该表的使用方法与初始置换相同。7. 终结置换终结置换与初始置换相对应，它们都不影响 DES 的安全性，主要目的是为了更容易的将明文和密文数据以字节大小放入 DES 的 f算法或者 DES 芯片中。表 2-1-5 为终结置换表，这个表的使用方法与初始置换表相同。六、 实验结果图一图二64 位密钥：00110101 00110001 00110001 00110000 00110001 00110010 00110100 0011100156 位密钥：00000000 00000000 11111111 11110010 00000100 00011000 00001111C1=00000000 00000000 11111111 1111 D1=00100000 01000001 10000000 1111子 密 钥 =01010000 00101100 10101100 01010110 00001000 01000000C1+1=00000000 00000001 11111111 1110D1+1=01000000 10000011 00000001 1110压 缩 矩 阵 1:00000000 00000000 11111111 11110010 00000100 00011000 00001111压 缩 矩 阵 2:0101000000101100101011000101011000001000 01000000图三C2+1=00000000 00000011 11111111 1100D2+1=10000001 00000110 00000011 1100子 密 钥 =01010000 10101100 10100100 01000000 10000000 01010110C2 和 D2 即 图 2 的 C1+1 和 D1+1.图四C3+1=00000000 00001111 11111111 0000D3+1=00000100 00011000 00001111 0001子密钥=11010000 10101100 00100110 11000101 10000100 10001000图五图六置换前：0011010100110001001100010011000000110001 00110010 00110100 00111001置换后：0000000011111111010000011001011100000000111111111000000000100000图七L1=00000000 11111111 01000001 10010111R1=00000000 11111111 10000000 00100000L1+1=00000000 11111111 10000000 00100000R1+1=10011011 10100011 10111010 10100110K1=01010000 00101100 10101100 01010110 00001000 01000000图八L1+1=00000000 11111111 10000000 00100000R1+1=10011011 10100011 10111010 10100110R1=00000000 11111111 10000000 00100000扩展型换位矩阵：000000000001011111111111110000000000000100000000扩展型换位后的 R2=00000000 00010111 11111111 11000000 00000001 00000000扩展型换位后的 K1=01010000 00101100 10101100 01010110 00001000 01000000异或后的二进制：010100 000011 101101 010011 100101 100000 100101 000000S 盒后的 9B5CFB31=10011011 01011100 11111011 00110001将异或后的 48 位二进制分为 8 组 6 位数的。第 一 组 ： 010100。 S1 盒 输 出 是 ： 6第 二 组 ： 000011 S2 盒 输 出 是 ： 13第 三 组 ： 101101 S3 盒 输 出 是 ： 9第 四 组 ： 010011 S4 盒 输 出 是 ： 7第 五 组 ： 100101 S5 盒 输 出 是 ： 12第 六 组 ： 100000 S6 盒 输 出 是 ： 9第 七 组 ： 100101 S7 盒 输 出 是 ： 13第 八 组 ： 000000 S8 盒 输 出 是 ： 13所以 S 盒压缩的 32 位数是：0110 1101 1001 0111 1100 1001 1101 1101置换矩阵 P：10011111010111001111101100110001最后，L1=00000000 11111111 01000001 10010111 与 10011111 01011100 11111011 00110001进行异或得到 R2图九图十置换前：00000110 10011010 11010011 01111111 00111111 00011111 10100010 01000101置换后：10100111 11111101 11100011 10110001 10110101 10001001 00000111 00011100七、实验分析DES 采用传统的换位和置换的方法进行加密，在 56b 密钥的控制下，将 64b 明文块变换为 64b 密文块，加密过程包括 16 轮的加密迭代，每轮都采用一种乘积密码方式（代替和移位） 。八、结论由 64 位明文 51101249，经过 64 位密钥 51101249 加密后，最终得到 16 进制的 64 位密文，该密文为 A7FDE3B1B589071C。九、实验总结与心得体会由 于 本 次 实 验 是 通 过 软 件 来 实 现 的 ， 真 正 涉 及 到 详 细 过 程 的步 骤 比 较 少 ， 在 实 验 过 程 中 不 会 遇 到 很 大 困 难 。 但 是 这 个 实 验 要充 分 了 解 其 原 理 ， 我 想 这 才 是 做 这 个 实 验 的 真 正 目 的 ， 而 不 是 单纯 地 只 按 照 软 件 的 操 作 步 骤 来 完 成 这 个 实 验 。 在 这 个 实 验 中 ， 我觉 得 比 较 难 的 就 是 ， 要 将 明 文 和 密 钥 经 过 初 始 变 换 和 十 六 轮 加 密变 换 等 一 系 列 变 换 后