『作业』网络安全实验_凯撒密码与DES的C实现

『作业』网络安全实验_凯撒密码与DES的C实现

『作业』网络安全实验_凯撒密码DES的C实现

——独立观察员 2014.04.27

一、凯撒密码的C实现

(一)代码

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#define LEN 50

int main()
{
	char msg[LEN];
	int move,i;

	printf("请输入移位数:\n");
	scanf("%d",&move);
	getchar();

	printf("请输入明文:\n");
	gets(msg);

	for(i=0;i<LEN;i++)
	{
		if((msg[i]>='A')&&(msg[i]<='Z'))
		{
			msg[i] += move; //移位;
			if(( (msg[i]>='A')&&(msg[i]<='Z') )==0)
				msg[i] -= 26;
		}
		else if((msg[i]>='a')&&(msg[i]<='z'))
		{
			msg[i] += move;
			if(( (msg[i]>='a')&&(msg[i]<='z') )==0)
				msg[i] -= 26;
		}
		/*else
		{
			printf("您的输入中包含非字母的内容,不符合凯撒密码的规定,程序将终止。\n");
			return -1;
		}*/
	}

	printf("已加密得到密文:\n");
	puts(msg);
	printf("\n");

	printf("请输入密文:\n");
	gets(msg);

	for(i=0;i<LEN;i++)
	{
		if(msg[i]>='A'&&msg[i]<='Z')
		{
			msg[i] -= move; //移位;
			if((msg[i]>='A'&&msg[i]<='Z')==0)
				msg[i] += 26;
		}
		else if(msg[i]>='a'&&msg[i]<='z')
		{
			msg[i] -= move;
			if((msg[i]>='a'&&msg[i]<='z')==0)
				msg[i] += 26;
		}
	}
	
	printf("已解密得到明文:\n");
	puts(msg);

	return 0;
}

 

(二)运行截图及说明

 

说明:

移位数应是26以内的正整数;

明文和密文只支持大小写字母;

解密时使用与加密时相同的移位数;

大写字母加密或解密后还是大写字母,小写字母加密或解密后也还是小写字母。

 

二、DESC语言实现

说明:只要求找到可运行的代码并读懂。

(一)代码

(来源于网络)

(1)main.c

/*-------------------------------------------------------
      Data Encryption Standard  56位密钥加密64位数据 
				  2011.10
--------------------------------------------------------*/
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "bool.h"   // 位处理 
#include "tables.h"

void BitsCopy(bool *DatOut,bool *DatIn,int Len);  // 数组复制 

void ByteToBit(bool *DatOut,char *DatIn,int Num); // 字节到位 
void BitToByte(char *DatOut,bool *DatIn,int Num); // 位到字节

void BitToHex(char *DatOut,bool *DatIn,int Num);  // 二进制到十六进制 64位 to 4*16字符
void HexToBit(bool *DatOut,char *DatIn,int Num);  // 十六进制到二进制 

void TablePermute(bool *DatOut,bool *DatIn,const char *Table,int Num); // 位表置换函数 
void LoopMove(bool *DatIn,int Len,int Num);     // 循环左移 Len长度 Num移动位数 
void Xor(bool *DatA,bool *DatB,int Num);         // 异或函数 

void S_Change(bool DatOut[32],bool DatIn[48]);   // S盒变换 
void F_Change(bool DatIn[32],bool DatKi[48]);    // F函数                                  

void SetKey(char KeyIn[8]);                         // 设置密钥
void PlayDes(char MesOut[8],char MesIn[8]);       // 执行DES加密
void KickDes(char MesOut[8],char MesIn[8]);             // 执行DES解密 

 

int main()
{
	int i=0; 
	char MesHex[16]={0};         // 16个字符数组用于存放 64位16进制的密文
 	char MyKey[8]={0};           // 初始密钥 8字节*8
	char YourKey[8]={0};         // 输入的解密密钥 8字节*8
	char MyMessage[8]={0};       // 初始明文 
	
/*-----------------------------------------------*/

	printf("请输入明文(8个字符/64bit):\n");
	gets(MyMessage);            // 明文
	printf("请输入密钥(8个字符):\n");
	gets(MyKey);                // 密钥

	while(MyKey[i]!='\0')        // 计算密钥长度
	{
		i++;
	}

	while(i!=8)                  // 不是8 提示错误
	{
		printf("请输入符合规定的密钥(8个字符/64bit):\n");
		gets(MyKey);
		i=0;
		while(MyKey[i]!='\0')    // 再次检测
		{
			i++;
		}
	}

	SetKey(MyKey);               // 设置密钥 得到子密钥Ki
	
	PlayDes(MesHex,MyMessage);   // 执行DES加密

	printf("明文已加密:\n");  // 信息已加密
	for(i=0;i<16;i++)           
	{
		printf("%c ",MesHex[i]);
	}
	printf("\n");
	printf("\n");
	
	printf("请输入密钥来解密:\n");  // 请输入密钥以解密
	gets(YourKey);                                         // 得到密钥
	SetKey(YourKey);                                       // 设置密钥

	KickDes(MyMessage,MesHex);                     // 解密输出到MyMessage
	
	printf("解密结束:\n");                     // 解密结束
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		printf("%c ",MyMessage[i]);
	}
	printf("\n");
	system("pause");
		
/*------------------------------------------------*/	
}

/*-------------------------------
 把DatIn开始的长度位Len位的二进制
 复制到DatOut后
--------------------------------*/
void BitsCopy(bool *DatOut,bool *DatIn,int Len)     // 数组复制 OK 
{
	int i=0;
	for(i=0;i<Len;i++)
	{
		DatOut[i]=DatIn[i];
	}
}

/*-------------------------------
 字节转换成位函数 
 每8次换一个字节 每次向右移一位
 和1与取最后一位 共64位 
--------------------------------*/
void ByteToBit(bool *DatOut,char *DatIn,int Num)       // OK
{
	int i=0;
	for(i=0;i<Num;i++)
	{
		DatOut[i]=(DatIn[i/8]>>(i%8))&0x01;   
	}                                       
}

/*-------------------------------
 位转换成字节函数
 字节数组每8次移一位
 位每次向左移 与上一次或   
---------------------------------*/
void BitToByte(char *DatOut,bool *DatIn,int Num)        // OK
{
	int i=0;
	for(i=0;i<(Num/8);i++)
	{
		DatOut[i]=0;
	} 
	for(i=0;i<Num;i++)
	{
		DatOut[i/8]|=DatIn[i]<<(i%8);	
	}		
}


/*----------------------------------
 二进制密文转换为十六进制
 需要16个字符表示
-----------------------------------*/
void BitToHex(char *DatOut,bool *DatIn,int Num)
{
	int i=0;
	for(i=0;i<Num/4;i++)
	{
		DatOut[i]=0;
	}
	for(i=0;i<Num/4;i++)
	{
		DatOut[i] = DatIn[i*4]+(DatIn[i*4+1]<<1)
					+(DatIn[i*4+2]<<2)+(DatIn[i*4+3]<<3);
		if((DatOut[i]%16)>9)
		{
			DatOut[i]=DatOut[i]%16+'7';       //  余数大于9时处理 10-15 to A-F
		}                                     //  输出字符 
		else
		{
			DatOut[i]=DatOut[i]%16+'0';       //  输出字符	   
		}
	}
	
}

/*---------------------------------------------
 十六进制字符转二进制
----------------------------------------------*/
void HexToBit(bool *DatOut,char *DatIn,int Num)
{
	int i=0;                        // 字符型输入 
	for(i=0;i<Num;i++)
	{
		if((DatIn[i/4])>'9')         //  大于9 
		{
			DatOut[i]=((DatIn[i/4]-'7')>>(i%4))&0x01;   			
		}
		else
		{
			DatOut[i]=((DatIn[i/4]-'0')>>(i%4))&0x01; 	
		} 
	}	
}

// 表置换函数  OK
void TablePermute(bool *DatOut,bool *DatIn,const char *Table,int Num)  
{
	int i=0;
	static bool Temp[256]={0};
	for(i=0;i<Num;i++)                // Num为置换的长度 
	{
		Temp[i]=DatIn[Table[i]-1];  // 原来的数据按对应的表上的位置排列 
	}
	BitsCopy(DatOut,Temp,Num);       // 把缓存Temp的值输出 
} 

// 子密钥的移位
void LoopMove(bool *DatIn,int Len,int Num) // 循环左移 Len数据长度 Num移动位数
{
	static bool Temp[256]={0};    // 缓存   OK
	BitsCopy(Temp,DatIn,Num);       // 将数据最左边的Num位(被移出去的)存入Temp 
	BitsCopy(DatIn,DatIn+Num,Len-Num); // 将数据左边开始的第Num移入原来的空间
	BitsCopy(DatIn+Len-Num,Temp,Num);  // 将缓存中移出去的数据加到最右边 
} 

// 按位异或
void Xor(bool *DatA,bool *DatB,int Num)           // 异或函数
{
	int i=0;
	for(i=0;i<Num;i++)
	{
		DatA[i]=DatA[i]^DatB[i];                  // 异或 
	}
} 

// 输入48位 输出32位 与Ri异或
void S_Change(bool DatOut[32],bool DatIn[48])     // S盒变换
{
	int i,X,Y;                                    // i为8个S盒 
	for(i=0,Y=0,X=0;i<8;i++,DatIn+=6,DatOut+=4)   // 每执行一次,输入数据偏移6位 
	{    										  // 每执行一次,输出数据偏移4位
		Y=(DatIn[0]<<1)+DatIn[5];                          // af代表第几行
		X=(DatIn[1]<<3)+(DatIn[2]<<2)+(DatIn[3]<<1)+DatIn[4]; // bcde代表第几列
		ByteToBit(DatOut,&S_Box[i][Y][X],4);      // 把找到的点数据换为二进制	
	}
}

// F函数
void F_Change(bool DatIn[32],bool DatKi[48])       // F函数
{
	static bool MiR[48]={0};             // 输入32位通过E选位变为48位
	TablePermute(MiR,DatIn,E_Table,48); 
	Xor(MiR,DatKi,48);                   // 和子密钥异或
	S_Change(DatIn,MiR);                 // S盒变换
	TablePermute(DatIn,DatIn,P_Table,32);   // P置换后输出
}



void SetKey(char KeyIn[8])               // 设置密钥 获取子密钥Ki 
{
	int i=0;
	static bool KeyBit[64]={0};                // 密钥二进制存储空间 
	static bool *KiL=&KeyBit[0],*KiR=&KeyBit[28];  // 前28,后28共56
	ByteToBit(KeyBit,KeyIn,64);                    // 把密钥转为二进制存入KeyBit 
	TablePermute(KeyBit,KeyBit,PC1_Table,56);      // PC1表置换 56次
	for(i=0;i<16;i++)
	{
		LoopMove(KiL,28,Move_Table[i]);       // 前28位左移 
		LoopMove(KiR,28,Move_Table[i]);	      // 后28位左移 
	 	TablePermute(SubKey[i],KeyBit,PC2_Table,48); 
	 	// 二维数组 SubKey[i]为每一行起始地址 
	 	// 每移一次位进行PC2置换得 Ki 48位 
	}		
}

void PlayDes(char MesOut[8],char MesIn[8])  // 执行DES加密
{                                           // 字节输入 Bin运算 Hex输出 
	int i=0;
	static bool MesBit[64]={0};        // 明文二进制存储空间 64位
	static bool Temp[32]={0};
	static bool *MiL=&MesBit[0],*MiR=&MesBit[32]; // 前32位 后32位 
	ByteToBit(MesBit,MesIn,64);                 // 把明文换成二进制存入MesBit
	TablePermute(MesBit,MesBit,IP_Table,64);    // IP置换 
	for(i=0;i<16;i++)                       // 迭代16次 
	{
		BitsCopy(Temp,MiR,32);            // 临时存储
		F_Change(MiR,SubKey[i]);           // F函数变换
		Xor(MiR,MiL,32);                  // 得到Ri 
		BitsCopy(MiL,Temp,32);            // 得到Li 
	}					
	TablePermute(MesBit,MesBit,IPR_Table,64);
	BitToHex(MesOut,MesBit,64);
}

void KickDes(char MesOut[8],char MesIn[8])       // 执行DES解密
{												// Hex输入 Bin运算 字节输出 
	int i=0;
	static bool MesBit[64]={0};        // 密文二进制存储空间 64位
	static bool Temp[32]={0};
	static bool *MiL=&MesBit[0],*MiR=&MesBit[32]; // 前32位 后32位
	HexToBit(MesBit,MesIn,64);                 // 把密文换成二进制存入MesBit
	TablePermute(MesBit,MesBit,IP_Table,64);    // IP置换 
	for(i=15;i>=0;i--)
	{
		BitsCopy(Temp,MiL,32);
		F_Change(MiL,SubKey[i]);
		Xor(MiL,MiR,32);
		BitsCopy(MiR,Temp,32);
	}	
	TablePermute(MesBit,MesBit,IPR_Table,64);
	BitToByte(MesOut,MesBit,64);		
} 

 

(2)bool.h

/*--------------------------------------*/
#ifndef __BOOL_H__
#define __BOOL_H__
typedef enum
  {
    false = 0,
    true  = 1
  } bool;
#endif
/*-------------------------------------*/

 

(3)tables.h

/*-------------------------------------------------------------
		置换表 
-------------------------------------------------------------*/

#ifndef _TABLES_H_    // 防重复编译 
#define _TABLES_H_  

// 对明文执行IP置换得到L0,R0 (L左32位,R右32位)               [明文操作]
const char IP_Table[64]={             
	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 
};

// 对迭代后的L16,R16执行IP逆置换,输出密文
const char IPR_Table[64]={              
	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	
};

/*--------------------------- 迭代法则 ----------------------------*/ 

// F函数,32位的R0进行E变换,扩为48位输出 (R1~R16)        [备用A]  [明文操作] 
static char E_Table[48]={
	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
};

// 子密钥K(i)的获取 密钥为K 抛弃第6,16,24,32,40,48,64位          [密钥操作] 
// 用PC1选位 分为 前28位C0,后28位D0 两部分  
static char PC1_Table[56]={
	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
};

// 对C0,D0分别进行左移,共16次,左移位数与下面对应                 [密钥操作]
static char Move_Table[16]={
	 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1
};

// C1,D1为第一次左移后得到,进行PC2选位,得到48位输出K1   [备用B]   [密钥操作]     
static char PC2_Table[48]={
	14,17,11,24, 1, 5, 3,28,15, 6,21,10,
	23,19,12, 4,26, 8,16, 7,27,20,13, 2,
	41,52,31,37,47,55,30,40,51,34,33,48,
	44,49,39,56,34,53,46,42,50,36,29,32	
};

/*------------- F函数 备用A和备用B 异或 得到48位输出 ---------------*/ 

// 异或后的结果48位分为8组,每组6位,作为8个S盒的输入             [组合操作] 
// S盒以6位作为输入(8组),4位作为输出(4*(8组)=32位)
// S工作原理 假设输入为A=abcdef ,则bcde所代表的数是0-15之间的
// 一个数记为 X=bcde ,af代表的是0-3之间的一个数,记为 Y=af 
// 在S1的X列,Y行找到一个数Value,它在0-15之间,可以用二进制表示
// 所以为4bit (共32位)  
static char S_Box[8][4][16]={
	//S1
	14, 4,13, 1, 2,15,11, 8, 3,10, 6,12, 5, 9, 0, 7,
	 0,15, 7, 4,14, 2,13, 1,10, 6,12,11, 9, 5, 3, 8,
	 4, 1,14, 8,13, 6, 2,11,15,12, 9, 7, 3,10, 5, 0,
	15,12, 8, 2, 4, 9, 1, 7, 5,11, 3,14,10, 0, 6,13,
	//S2
	15, 1, 8,14, 6,11, 3, 4, 9, 7, 2,13,12, 0, 5,10,
	 3,13, 4, 7,15, 2, 8,14,12, 0, 1,10, 6, 9,11, 5,
	 0,14, 7,11,10, 4,13, 1, 5, 8,12, 6, 9, 3, 2,15,
	13, 8,10, 1, 3,15, 4, 2,11, 6, 7,12, 0, 5,14, 9,
	//S3
	10, 0, 9,14, 6, 3,15, 5, 1,13,12, 7,11, 4, 2, 8,
	13, 7, 0, 9, 3, 4, 6,10, 2, 8, 5,14,12,11,15, 1,
	13, 6, 4, 9, 8,15, 3, 0,11, 1, 2,12, 5,10,14, 7,
	 1,10,13, 0, 6, 9, 8, 7, 4,15,14, 3,11, 5, 2,12,
	//S4
	 7,13,14, 3, 0, 6, 9,10, 1, 2, 8, 5,11,12, 4,15,
	13, 8,11, 5, 6,15, 0, 3, 4, 7, 2,12, 1,10,14, 9,
	10, 6, 9, 0,12,11, 7,13,15, 1, 3,14, 5, 2, 8, 4,
	 3,15, 0, 6,10, 1,13, 8, 9, 4, 5,11,12, 7, 2,14,
	//S5
	 2,12, 4, 1, 7,10,11, 6, 8, 5, 3,15,13, 0,14, 9,
	14,11, 2,12, 4, 7,13, 1, 5, 0,15,10, 3, 9, 8, 6,
	 4, 2, 1,11,10,13, 7, 8,15, 9,12, 5, 6, 3, 0,14,
	11, 8,12, 7, 1,14, 2,13, 6,15, 0, 9,10, 4, 5, 3,
	//S6
	12, 1,10,15, 9, 2, 6, 8, 0,13, 3, 4,14, 7, 5,11,
	10,15, 4, 2, 7,12, 0, 5, 6, 1,13,14, 0,11, 3, 8,
	 9,14,15, 5, 2, 8,12, 3, 7, 0, 4,10, 1,13,11, 6,
   	 4, 3, 2,12, 9, 5,15,10,11,14, 1, 7, 6, 0, 8,13,
	//S7
	 4,11, 2,14,15, 0, 8,13, 3,12, 9, 7, 5,10, 6, 1,
	13, 0,11, 7, 4, 0, 1,10,14, 3, 5,12, 2,15, 8, 6,
	 1, 4,11,13,12, 3, 7,14,10,15, 6, 8, 0, 5, 9, 2,
	 6,11,13, 8, 1, 4,10, 7, 9, 5, 0,15,14, 2, 3,12,
	//S8
	13, 2, 8, 4, 6,15,11, 1,10, 9, 3,14, 5, 0,12, 7,
	 1,15,13, 8,10, 3, 7, 4,12, 5, 6,11, 0,14, 9, 2,
	 7,11, 4, 1, 9,12,14, 2, 0, 6,10,13,15, 3, 5, 8,
	 2, 1,14, 7, 4,10, 8,13,15,12, 9, 0, 3, 5, 6,11
};

// F函数 最后第二步,对S盒输出的32进行P置换             [组合操作]
// 输出的值参与一次迭代:
// L(i)=R(i-1)
// R(i)=L(i-1)^f(R(i-1),K(i)) 异或 
static char P_Table[32]={
	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
};

// 16个子密钥K(1~16) 
static bool SubKey[16][48]={0};

#endif

 

 

 

(二)运行截图及分析

(1)截图


 


 


 


(2)分析

由截图可见,明文和密钥都要求8个字符(64bit),明文位数超过会截断,密钥位数不对会要求重输;支持字母和数字,不支持汉字;解密密钥与加密密钥需相同,不同则解密结果不对。

 

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