络腮胡菲菲 发表于 2024-4-9 19:55:40

DES加密算法实现

实验要求:编写DES算法实现程序,运行DES程序,演示DES加密与解密的过程。在加密时显示明文和密钥,在加密过程中在每一轮执行完毕后显示该轮的输出。
(话不多说,直接上代码!!!)
实验代码:
点击查看代码import binascii
class ArrangeSimpleDES():
    def __init__(self):
      # 出初始化DES加密的参数
      self.ip = [
            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,
      ]# ip置换

      self.ip1 = [
            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,
      ]# 逆ip置换
      self.E = [
            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,
      ]# E置换,将32位明文置换位48位
      self.P = [
            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,
      ]# P置换,对经过S盒之后的数据再次进行置换
      # 设置默认密钥
      self.K = '0111010001101000011010010111001101101001011100110110100101110110'
      self.k1 = [
            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,
      ]# 密钥的K1初始置换
      self.k2 = [
            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,
      ]

      self.k0 = # 秘钥循环移位的位数

      self.S = [
            [
                0xe, 0x4, 0xd, 0x1, 0x2, 0xf, 0xb, 0x8, 0x3, 0xa, 0x6, 0xc, 0x5, 0x9, 0x0, 0x7,
                0x0, 0xf, 0x7, 0x4, 0xe, 0x2, 0xd, 0x1, 0xa, 0x6, 0xc, 0xb, 0x9, 0x5, 0x3, 0x8,
                0x4, 0x1, 0xe, 0x8, 0xd, 0x6, 0x2, 0xb, 0xf, 0xc, 0x9, 0x7, 0x3, 0xa, 0x5, 0x0,
                0xf, 0xc, 0x8, 0x2, 0x4, 0x9, 0x1, 0x7, 0x5, 0xb, 0x3, 0xe, 0xa, 0x0, 0x6, 0xd,
            ],
            [
                0xf, 0x1, 0x8, 0xe, 0x6, 0xb, 0x3, 0x4, 0x9, 0x7, 0x2, 0xd, 0xc, 0x0, 0x5, 0xa,
                0x3, 0xd, 0x4, 0x7, 0xf, 0x2, 0x8, 0xe, 0xc, 0x0, 0x1, 0xa, 0x6, 0x9, 0xb, 0x5,
                0x0, 0xe, 0x7, 0xb, 0xa, 0x4, 0xd, 0x1, 0x5, 0x8, 0xc, 0x6, 0x9, 0x3, 0x2, 0xf,
                0xd, 0x8, 0xa, 0x1, 0x3, 0xf, 0x4, 0x2, 0xb, 0x6, 0x7, 0xc, 0x0, 0x5, 0xe, 0x9,
            ],
            [
                0xa, 0x0, 0x9, 0xe, 0x6, 0x3, 0xf, 0x5, 0x1, 0xd, 0xc, 0x7, 0xb, 0x4, 0x2, 0x8,
                0xd, 0x7, 0x0, 0x9, 0x3, 0x4, 0x6, 0xa, 0x2, 0x8, 0x5, 0xe, 0xc, 0xb, 0xf, 0x1,
                0xd, 0x6, 0x4, 0x9, 0x8, 0xf, 0x3, 0x0, 0xb, 0x1, 0x2, 0xc, 0x5, 0xa, 0xe, 0x7,
                0x1, 0xa, 0xd, 0x0, 0x6, 0x9, 0x8, 0x7, 0x4, 0xf, 0xe, 0x3, 0xb, 0x5, 0x2, 0xc,
            ],
            [
                0x7, 0xd, 0xe, 0x3, 0x0, 0x6, 0x9, 0xa, 0x1, 0x2, 0x8, 0x5, 0xb, 0xc, 0x4, 0xf,
                0xd, 0x8, 0xb, 0x5, 0x6, 0xf, 0x0, 0x3, 0x4, 0x7, 0x2, 0xc, 0x1, 0xa, 0xe, 0x9,
                0xa, 0x6, 0x9, 0x0, 0xc, 0xb, 0x7, 0xd, 0xf, 0x1, 0x3, 0xe, 0x5, 0x2, 0x8, 0x4,
                0x3, 0xf, 0x0, 0x6, 0xa, 0x1, 0xd, 0x8, 0x9, 0x4, 0x5, 0xb, 0xc, 0x7, 0x2, 0xe,
            ],
            [
                0x2, 0xc, 0x4, 0x1, 0x7, 0xa, 0xb, 0x6, 0x8, 0x5, 0x3, 0xf, 0xd, 0x0, 0xe, 0x9,
                0xe, 0xb, 0x2, 0xc, 0x4, 0x7, 0xd, 0x1, 0x5, 0x0, 0xf, 0xa, 0x3, 0x9, 0x8, 0x6,
                0x4, 0x2, 0x1, 0xb, 0xa, 0xd, 0x7, 0x8, 0xf, 0x9, 0xc, 0x5, 0x6, 0x3, 0x0, 0xe,
                0xb, 0x8, 0xc, 0x7, 0x1, 0xe, 0x2, 0xd, 0x6, 0xf, 0x0, 0x9, 0xa, 0x4, 0x5, 0x3,
            ],
            [
                0xc, 0x1, 0xa, 0xf, 0x9, 0x2, 0x6, 0x8, 0x0, 0xd, 0x3, 0x4, 0xe, 0x7, 0x5, 0xb,
                0xa, 0xf, 0x4, 0x2, 0x7, 0xc, 0x9, 0x5, 0x6, 0x1, 0xd, 0xe, 0x0, 0xb, 0x3, 0x8,
                0x9, 0xe, 0xf, 0x5, 0x2, 0x8, 0xc, 0x3, 0x7, 0x0, 0x4, 0xa, 0x1, 0xd, 0xb, 0x6,
                0x4, 0x3, 0x2, 0xc, 0x9, 0x5, 0xf, 0xa, 0xb, 0xe, 0x1, 0x7, 0x6, 0x0, 0x8, 0xd,
            ],
            [
                0x4, 0xb, 0x2, 0xe, 0xf, 0x0, 0x8, 0xd, 0x3, 0xc, 0x9, 0x7, 0x5, 0xa, 0x6, 0x1,
                0xd, 0x0, 0xb, 0x7, 0x4, 0x9, 0x1, 0xa, 0xe, 0x3, 0x5, 0xc, 0x2, 0xf, 0x8, 0x6,
                0x1, 0x4, 0xb, 0xd, 0xc, 0x3, 0x7, 0xe, 0xa, 0xf, 0x6, 0x8, 0x0, 0x5, 0x9, 0x2,
                0x6, 0xb, 0xd, 0x8, 0x1, 0x4, 0xa, 0x7, 0x9, 0x5, 0x0, 0xf, 0xe, 0x2, 0x3, 0xc,
            ],
            [
                0xd, 0x2, 0x8, 0x4, 0x6, 0xf, 0xb, 0x1, 0xa, 0x9, 0x3, 0xe, 0x5, 0x0, 0xc, 0x7,
                0x1, 0xf, 0xd, 0x8, 0xa, 0x3, 0x7, 0x4, 0xc, 0x5, 0x6, 0xb, 0x0, 0xe, 0x9, 0x2,
                0x7, 0xb, 0x4, 0x1, 0x9, 0xc, 0xe, 0x2, 0x0, 0x6, 0xa, 0xd, 0xf, 0x3, 0x5, 0x8,
                0x2, 0x1, 0xe, 0x7, 0x4, 0xa, 0x8, 0xd, 0xf, 0xc, 0x9, 0x0, 0x3, 0x5, 0x6, 0xb,
            ],
      ]# 16进制表示S盒的数据,S盒是为了将48位转换为32位,有8个盒子

    def __substitution(self, table: str, self_table: list) -> str:
      """
      :param table: 需要进行置换的列表,是一个01字符串
      :param self_table: 置换表,在__init__中初始化了
      :return: 返回置换后的01字符串
      """
      sub_result = ""
      for i in self_table:
            sub_result += table
      return sub_result

    def str2bin(self, string: str) -> str:
      """
      将明文转为二进制字符串:
      :param string: 任意字符串
      :return:二进制字符串
      """
      plaintext_list = list(bytes(string, 'utf8'))# 将字符串转成bytes类型,再转成list
      result = []# 定义返回结果
      for num in plaintext_list:
            result.append(bin(num).zfill(8))# 将列表的每个元素转成二进制字符串,8位宽度
      return "".join(result)

    def bin2str(self, binary: str) -> str:
      """
      二进制字符串转成字符串
      :param binary:
      :return:
      """
      list_bin = for i in range(0, len(binary), 8)]# 对二进制字符串进行切分,每8位为一组
      list_int = []
      for b in list_bin:
            list_int.append(int(b, 2))# 对二进制转成int
      result = bytes(list_int).decode()# 将列表转成bytes,在进行解码,得到字符串
      return result

    def __bin2int(self, binary: str) -> list:
      """
      由于加密之后的二进制无法直接转成字符,有不可见字符在,utf8可能无法解码,所以需要将二进制字符串每8位转成int型号列表,用于转成bytes再转hex
      :param binary: 二进制字符串
      :return: int型列表
      """
      list_bin = for i in range(0, len(binary), 8)]# 对二进制字符串进行切分,每8位为一组
      list_int = []
      for b in list_bin:
            list_int.append(int(b, 2))
      return list_int

    def __int2bin(self, list_int: list) -> str:
      result = []
      for num in list_int:
            result.append(bin(num).zfill(8))
      return ''.join(result)

    def __get_block_list(self, binary: str) -> list:
      """
      对明文二进制串进行切分,每64位为一块,DES加密以64位为一组进行加密的
      :type binary: 二进制串
      """
      len_binary = len(binary)
      if len_binary % 64 != 0:
            binary_block = binary + ("0" * (64 - (len_binary % 64)))
            return for i in range(0, len(binary_block), 64)]
      else:
            return for j in range(0, len(binary), 64)]

    def modify_secretkey(self):
      """
      修改默认密钥函数
      :return: None
      """
      print('当前二进制形式密钥为:{}'.format(self.K))
      print("当前字符串形式密钥为:{}".format(self.bin2str(self.K)))
      newkey = input("输入新的密钥(长度为8):")
      if len(newkey) != 8:
            print("密钥长度不符合,请重新输入:")
            self.modify_secretkey()
      else:
            bin_key = self.str2bin(newkey)
            self.K = bin_key
            print("当前二进制形式密钥为:{}".format(self.K))

    def __f_funtion(self, right: str, key: str):
      """
      :param right: 明文二进制的字符串加密过程的右半段
      :param key: 当前轮数的密钥
      :return: 进行E扩展,与key异或操作,S盒操作后返回32位01字符串
      """
      # 对right进行E扩展
      e_result = self.__substitution(right, self.E)
      # 与key 进行异或操作
      xor_result = self.__xor_function(e_result, key)
      # 进入S盒子
      s_result = self.__s_box(xor_result)
      # 进行P置换
      p_result = self.__substitution(s_result, self.P)
      return p_result

    def __get_key_list(self):
      """
      :return: 返回加密过程中16轮的子密钥
      """
      key = self.__substitution(self.K, self.k1)
      left_key = key
      right_key = key
      keys = []
      for i in range(1, 17):
            move = self.k0
            move_left = left_key + left_key
            move_right = right_key + right_key
            left_key = move_left
            right_key = move_right
            move_key = left_key + right_key
            ki = self.__substitution(move_key, self.k2)
            keys.append(ki)
      return keys

    def __xor_function(self, xor1: str, xor2: str):
      """
      :param xor1: 01字符串
      :param xor2: 01字符串
      :return: 异或操作返回的结果
      """
      size = len(xor1)
      result = ""
      for i in range(0, size):
            result += '0' if xor1 == xor2 else '1'
      return result

    def __s_box(self, xor_result: str):
      """
      :param xor_result: 48位01字符串
      :return: 返回32位01字符串
      """
      result = ""
      for i in range(0, 8):
            # 将48位数据分为6组,循环进行
            block = xor_result
            line = int(block + block, 2)
            colmn = int(block, 2)
            res = bin(self.S)
            if len(res) < 4:
                res = '0' * (4 - len(res)) + res
            result += res
      return result

    def __iteration(self, bin_plaintext: str, key_list: list):
      """
      :param bin_plaintext: 01字符串,64位
      :param key_list: 密钥列表,共16个
      :return: 进行F函数以及和left异或操作之后的字符串
      """
      left = bin_plaintext
      right = bin_plaintext
      for i in range(0, 16):
            next_lift = right
            f_result = self.__f_funtion(right, key_list)
            next_right = self.__xor_function(left, f_result)
            left = next_lift
            right = next_right
      bin_plaintext_result = left + right
      return bin_plaintext_result + bin_plaintext_result[:32]

    def encode(self, plaintext):
      """
      :param plaintext: 明文字符串
      :return: 密文字符串
      """
      bin_plaintext = self.str2bin(plaintext)
      bin_plaintext_block = self.__get_block_list(bin_plaintext)
      ciphertext_bin_list = []
      key_list = self.__get_key_list()
      counter = 1
      for i in key_list:
            print(f"第{counter}轮子密钥是:{i}")
            counter += 1
      for block in bin_plaintext_block:
            # 初代ip置换
            sub_ip = self.__substitution(block, self.ip)
            ite_result = self.__iteration(sub_ip, key_list)
            # 逆ip置换
            sub_ip1 = self.__substitution(ite_result, self.ip1)
            ciphertext_bin_list.append(sub_ip1)
      ciphertext_bin = ''.join(ciphertext_bin_list)
      result = self.__bin2int(ciphertext_bin)
      counter = 1
      for i in result:
            print(f"第{counter}轮加密结果为:{i}")
            counter += 1
      return bytes(result).hex().upper()

    def decode(self, ciphertext):
      '''
      :param ciphertext: 密文字符串
      :return: 明文字符串
      '''
      b_ciphertext = binascii.a2b_hex(ciphertext)
      bin_ciphertext = self.__int2bin(list(b_ciphertext))
      bin_plaintext_list = []
      key_list = self.__get_key_list()
      key_list = key_list[::-1]
      counter = 1
      for i in key_list:
            print(f"第{counter}轮子密钥是:{i}")
            counter += 1
      bin_ciphertext_block = for i in range(0, len(bin_ciphertext), 64)]
      for block in bin_ciphertext_block:
            sub_ip = self.__substitution(block, self.ip)
            ite = self.__iteration(sub_ip, key_list)
            sub_ip1 = self.__substitution(ite, self.ip1)
            bin_plaintext_list.append(sub_ip1)
      bin_plaintext = ''.join(bin_plaintext_list)
      result = self.__bin2int(bin_plaintext)
      counter = 1
      for i in result:
            print(f"第{counter}轮解密结果为:{i}")
            counter += 1
      bin_plaintext = ''.join(bin_plaintext_list).replace('00000000', '')
      return self.bin2str(bin_plaintext)

    def main(self):
      select = input("请选择:\n1、加密\t 2、解密\n请你选择1或2:")
      if select == '1':
            plaintext = input("明文:")
            ciphertext = self.encode(plaintext)
            print("密文:{}".format(ciphertext))
      elif select == '2':
            plaintext = input("密文:")
            plaintext = self.decode(plaintext)
            print("明文:{}".format(plaintext))
      else:
            input("请重新选择!")
            self.main()


if __name__ == '__main__':
    mydes = ArrangeSimpleDES()
    mydes.modify_secretkey()
    while True:
      mydes.main()
      print("")运行结果:
加密过程
https://img2024.cnblogs.com/blog/3300520/202401/3300520-20240119115258072-519347733.png
https://img2024.cnblogs.com/blog/3300520/202401/3300520-20240119115338200-1126102829.png
解密过程
https://img2024.cnblogs.com/blog/3300520/202401/3300520-20240119115444513-1017557724.png
https://img2024.cnblogs.com/blog/3300520/202401/3300520-20240119115452154-1904379532.png
解析:
其中,子密钥生成操作如下:
https://img2024.cnblogs.com/blog/3300520/202401/3300520-20240119121133038-1930258268.png
用流程图表示为(手写版见谅啦~)
https://img2024.cnblogs.com/blog/3300520/202401/3300520-20240119121203045-2055436348.png
加密操作过程如下:
https://img2024.cnblogs.com/blog/3300520/202401/3300520-20240119121251309-398050921.png
用流程图表示为(手写版嘿嘿有点丑就是说。。。)
https://img2024.cnblogs.com/blog/3300520/202401/3300520-20240119121435053-790237591.jpg
实验报告搬运完毕!希望能帮助到您~拜拜拜拜啦!

免责声明:如果侵犯了您的权益,请联系站长,我们会及时删除侵权内容,谢谢合作!
页: [1]
查看完整版本: DES加密算法实现