電子信息工程--學生畢業論(完整版)

　　

【正文】 工作方式 （二）、DES加密算法的安全性（三）、DES 加密的實現版本優化五、DES 加密算法C環境下的實現六、結束語一、引 言二十一世紀隨著網絡的普及和發展，在給人們提供大量方便的同時，信息注定成為一種重要的戰略資源。論文題目：64位DES加密與DES加密算法在門禁系統中應用64位DES加密系統設計與實現摘　要 密碼技術是信息安全的關鍵技術,密碼算法的快速實現日益重要,本文簡要介紹了DES 算法的基本原理及具體實現過程,并分析了該算法的安全性,并著重對DES 算法的加密過程及優缺點進行了探討。 采用數據保密技術能保證網上傳輸信息的安全，以免數據在傳輸過程中被盜用、暴露或篡改. 數據傳輸保密的數學模型主要包括數據的加密與解密，使用加密算法能做到數據加密，在各種信息安全技術措施中，硬件結構的安全和操作系統的安全是基礎，密碼技術是網絡安全與保密的核心和關鍵。通過對分組密碼DES 算法IP 變換、IP 逆變換、S 盒換位表的分析,對DES的安全質疑給出了回答。DES 是一種采用傳統的替換和移位的方法加密的分組密碼, 即它將明文分成固定長度（64 比特）的組(塊) ,用同一密鑰（64 比特實際長度為56 比特因有8 比特用于奇偶校驗）和乘法對每一塊加密,輸出也是固定長度（64 比特）的密文。子密鑰的產生DES的乘積變換部分含16輪非線性變換，而每一輪非線性變換需要一個48比特的子密鑰。57494133251791585042342618102595143352719113605244362820124615345372921135625446383022146635547393123157645648403224168表格（1）5749413325179158504234261810259514335271911360524436 表格（2）2820124615345372921135625446383022146635547393123157表格（3）讀取的順序是從最上面一行開始，由左至右逐行讀取。壓縮置換表141711241532815621102319124268167272013241523137475530405145334844493956345346425036293216對積存器經過壓縮置換表的置換產生16個子密鑰KKK K K K6 、K K8 、K9 、K K1 K1 K1 K14 、K1 K16 。擴展置換有時也叫E盒置換，是將32比特數據擴展成48比特。S8S3S4S4S6S7S2S1f(Ri1, Ki)Ki(48比特)T16將源矩陣考入20H27H(位地址空間 00H3FH) , 使用MOV C,bit MOV bit,C指令把位信息考到目的矩陣28H2FH(位地址空間 40H7FH)即可 IP 置換 58 50 42 34 26 18 10 2 60 52 44 36 28 20 12 4 62 54 46 38 30 22 14 6 64 56 48 40 32 24 16 8 57 49 41 33 25 17 9 1 59 51 43 35 27 19 11 3 61 53 45 37 29 21 13 5 63 55 47 39 31 23 15 7 例如：第一個置換 MOV C,39H MOV 40H,C 注意：位地址空間使用03FH 從0 開始，故將39H十六進制數對應十進制數為57 IP1置換 40 8 48 16 56 24 64 32 39 7 47 15 55 23 63 31 38 6 46 14 54 22 62 30 37 5 45 13 53 21 61 29 36 4 44 12 52 20 60 28 35 3 43 11 51 19 59 27 34 2 42 10 50 18 58 26 33 1 41 9 49 17 57 25 同理；實現IP1置換。置矩陣位信息 IPLOOP5: RRC 38H ；右旋目的矩陣 RRC 39H RRC 3AH RRC 3BH RRC 3CH RRC 3DH RRC 3EH RRC 3FH DJNZ R5,IPLOOP5 INC R7 CJNE R7,64,IPLOOP1 RET TABLEIP: DB 58,50,42,34,26,18,10,2 DB 56, 52,44,36,28,20,12,4 DB 62,54,46,38,30,22,14,6 DB 64,56,48,40,32,24,16,8 DB 57,49,41,33,25,17,9,1 DB 59,51,43,35,27,19,11,3 DB 61,53,45,37,29,21,13,5 DB 63,55,47,39,31,23,15,7 二、DES的迭代過程 DES 的迭代過程如圖所示： 迭代過程分以下幾個步驟：（1） E置換 32 1 2 3 4 5 4 5 6 7 8 9 8 9 10 11 12 13 12 13 14 15 16 17 16 17 18 19 20 21 20 21 22 23 24 25 24 25 26 27 28 29 28 29 30 31 32 1 矩陣T經過IP置換后，將左4個字節放在30H33H單元(L0)，右4個字節放在20H23H單元(R0)。（5） P置換 16 7 20 21 29 12 28 17 1 15 23 26 5 18 31 10 2 8 24 14 32 27 3 9 19 13 30 6 22 11 4 25 查表獲得S盒的輸出。 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 46 38 30 22 14 6 61 53 45 37 29 21 13 5 28 20 12 4 14 17 11 24 1 5 3 28 15 6 21 10 23 19 12 4 26 8 16 7 27 20 13 2 41 52 31 37 47 55 30 40 51 45 33 48 44 49 39 56 34 53 46 42 50 36 29 32 PC1 PC2 置換 置換 密匙k是64位比特，經過PC1置換，其中C0 放在20H23H單元，D0放在24H27H單元 20H27Hd單元只有d7d1位有效，注意在以下LSi (循環左移)中，丟棄20H27Hd單元d0位。R1 = L0 197。Li = Ri1K16 通常，自動取款機（Automated Teller Machine，ATM）都使用 DES。不過 ，DES 現在僅用于舊系統的鑒定，而更多地選擇新的加密標準 — 高級加密標準（Advanced Encryption Standard，AES）。R14 = L15f (L16 ,K16) Li = Ri+1 197。R0 明文x輸入分組DES加密輸出分組密鑰K密文yECB解密（2）一個密文分組只與相應的明文分組和密鑰K有關而與同一文本中的其它分組無關。DESk1yn1DESkIV=y0CBC加密CBC解密密文分組鏈接方式的特點；（1）第一個密文分組C1 不但是密鑰K和明文P1的函數，而且還是初始化向量VI的函數；其它密文分組Ci (I=1,2,3,┅,n)不但是密鑰K和明文Pi的函數，而且還是密文分組Ci1的函數,而密文分組Ci1 又是K，Pi1和Ci1函數，類推可知，任何一個密文Ci都是P1， P2， P3，┅，Pi的函數。 1163。（3）如果DES的輸出發生錯誤。nyi= xi 197。如果選擇J =8，則是按字節對明文進行加密；。這意味著CBC模式和CFB模式適用于鑒別的目的。再者，許多現有的DES軟硬件產品都能方便的實現三重DES，因此使用方便。（3）、存在互補對稱性。 ＝ D E S （M 39。密鑰僅有56 位二進制未免太短,各次迭代中使用的密鑰K(i) 是遞推產生的,這種相關性必然降低了密碼體制的安全性。雙重DES雙重DES的密鑰長度為56*2=112。如果選擇J=1，則是逐比特對明文進行加密。 1163。只有當重新初始化后，才能建立同步，恢復正常工作。n輸入分組（64J）┊J比特DES加密輸出分組選取J┊舍去 （64J）比特明文x(J比特)密文y(J比特)初始化向量VI密鑰K反饋 J比特左移J位OFB加密Cyi= xi 197。（3）具有有限的錯誤擴散性。Xn1DESkXny2CBC模式yi=DESk(xi 197。L0 f (L1 ,K1) fL14 = R15 197。如果三個 56 位的子元素都相同，則三重 DES 向后兼容 DES。這是一個迭代的分組密碼，使用稱為 Feistel 的技術，其中將加密的文本塊分成兩半。末置換IP—1Ri = Li1 197。f (R1 ,K2) 迭代順序123456789101112131516 左移位數112222221222221 經過LSi (循環左移)得到C0 C1 C2 …C16 D0 D1 D2…D16 。即得到f(Ri1,ki) (5)將所得f(Ri1,ki)和30H33H單元(L0)異或，將所得放入20H23H單元(R1)。將結果存放在28H2FH單元8個字節中，每個字節僅有6位有效。 2）第二種方法是使用查表的方法； 程序將源矩陣放在30H37H，、IP1置換的位序號n，帶進位標志C的右移30H37H單元n次，將位信息考入目的矩陣。T14乘積變換函數f示意圖：DES加密算法在門禁系統中應用.門禁系統是設在一幢大樓內，由在計算中心服務器、在每層的工業控制機、每層若干個控制器（含鍵盤、讀卡器、執行機構）構成，服務器和每層的工業控制機采用20mA電流環進行數據傳輸。擴展置換具體過程：先將輸入的32比特的數據分成8組，每組4比特。密碼器先對輸入的64位碼進行初始置換.。分別置于寄存器C0第1位..第28位 ，后四行共28比特分別置于寄存器D0第1 位...第28位。64比特主密鑰是在實施加密之前由外部直接輸入給DES的16個子密鑰是由一個64比特的外部密鑰經過移位和轉換產生的。（三）、DES 算法的內在特性（1）密鑰有效長度是56 位（第8，16，?，64 位為校驗位），分組明文長度為64 位，而且明文、密文與密鑰存在互補關系.（2）僅用16 次循環迭代，使得相同明文會產生相同密文.（3）存在著很好的并行結構：產生內部密鑰的左移次數存在著準對稱性（即內部密鑰生成過程存在并行性）. DES 屬于傳統的Feistel 網絡結構，在DES 的基本單元中能夠實施并行操作.（4）DES 有16 輪加密，如果將第i 輪的P置換移至下一輪后會與下一輪的E 擴展操作進行合并，簡化算法的基本操作.（5）可以通過S 盒與P 置換合并的方法節省P 置換的基本操作時間.（四）、DES 加密算法的優點:DES加密算法的優點大致上有以下幾點：(1) DES 提供高質量的數據保護,防止數據未經授權的泄露和未被察覺的修改。在正式接觸DES之前，首先讓我們了解一下加密技術中的一些專業術語：加密(Encipher) :通過密碼系統把明文變換為不可懂的形式的密文。其問世20多年來,成為密碼界研究的重點,經受住了許多科學家的研究和破譯,是一種世界公認的較好的加密算法,在POS、ATM、磁卡及智能卡( IC 卡) 、加油站、高速公路收費站等民用密碼領域有著廣泛的應用。并結合C 編程環境,介紹了DES 加密程序實現的具體方法。Through the analysis of DES algorithm, IP mutation, IP 1 mutation, S box, find out their replacement rule and put forward the improvement methods of DES algorithm39。當今的計算機速度越來越快,1997 年,人們估計制造一臺用于DES 解密的專用機的費用降到十萬美元左右,破解時間為6 小時。密文(Ciphertext) :經加密處理而產生的數據,其語義內容是不可用的。（五）、DES加密