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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
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