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DES的原理及python实现

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9 下载量 3 浏览量 2020-12-22 07:29:26 上传评论 1 收藏 251KB PDF 举报

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DES加密算法原理及实现 DES是一种对称加密算法【即发送者与接收者持有相同的密钥】，它的基本原理是将要加密的数据划分为n个64位的块，然后使用一个56位的密钥逐个加密每一个64位的块，得到n个64位的密文块，最后将密文块拼接起来得到最终的密文加密加密过程 DES加密过程接收一个明文盒一个64位的密钥key，明文字符串会被转换为对各64位的块，加密过程以块位单位，经过初态转换，16轮循环加密，终态转换，最终每个64位的块都会被加密成一个64位的密文块，将得到的密文块拼起来，得到的就是最终加密后的结果。 def encode(self, enter: str, key: str):

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DES是一种对称加密算法【即发送者与接收者持有相同的密钥】，它的基本原理是将要加密的数据划分为n个64位的块，然后

使用一个56位的密钥逐个加密每一个64位的块，得到n个64位的密文块，最后将密文块拼接起来得到最终的密文

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加密过程加密过程

DES加密过程接收一个明文盒一个64位的密钥key，明文字符串会被转换为对各64位的块，加密过程以块位单位，经过初态转

换，16轮循环加密，终态转换，最终每个64位的块都会被加密成一个64位的密文块，将得到的密文块拼起来，得到的就是最

终加密后的结果。

def encode(self, enter: str, key: str):

result = ""

# 将输入的字符串处理为长度为64的块

blocks = self.processing_encode_input(enter)

for block in blocks:

# 对每一块进行初态置换

irb_result = self._init_replace_block(block)

# 对每一块进行16轮循环加密

block_result = self.iteration(irb_result, key, is_decode=False)

# 对每一块进行终态置换

block_result = self._end_replace_block(block_result)

# 返回16进制形式的密文串

result += str(hex(int(block_result.encode(), 2)))

return result

1. 明文数据处理明文数据处理processing_encode_input

首先需要将字符串的明文转换为二进制，按64位一组，分成若干组，如果不够64位，就补零。

from bitarray import bitarray

@staticmethod

def _bit_encode(s: str) -> str:

"""

将字符串转换为01字符串的形式

"""

return bitarray(

''.join([bin(int('1' + hex(c)[2:], 16))[3:] for c in s.encode('utf-8')])).to01()

def processing_encode_input(self, enter: str) -> list:

"""

将输入的字符串转换为二进制形式，并没64位为一组进行分割

"""

result = [] bit_string = self._bit_encode(enter)

# 如果长度不能被64整除，就补零

if len(bit_string) % 64 != 0:

for i in range(64 - len(bit_string) % 64):

bit_string += '0'

for i in range(len(bit_string) // 64):

result.append(bit_string[i * 64: i * 64 + 64])

# print(f"转换为二进制后的初始明文： {result}")

return result

2. 初态转换初态转换

初态转换是将初始的64位块按照【IP置换表】的规则重新排序

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 置换表中每一位的意思是：将原来第i位的元素填充到这，如第一个58就表示把原来比特串中第58位放在新串的第1位，第

二个50表示把原来比特串的第50位放在新串的第2位…

@staticmethod

def replace_block(block: str, replace_table: tuple) -> str:

"""

对单个块进行置换

Args:

block: str, 要进行转换的64位长的01字符串

replace_table: 转换表

Return:

返回转换后的字符串

"""

result = ""

for i in replace_table:

try:

result += block[i - 1] except IndexError:

print(i)

print(f"block= {block}, len={len(block)}")

raise

return result

def _init_replace_block(self, block: str):

"""

对一个块进行初态置换

"""

replace_table = (

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

)

return self.replace_block(block, replace_table)

3. 16轮循环加密轮循环加密iteration

每一轮循环加密的过程为：

将初态置换后或上一次循环后得到的64位块分成左右各32位的子块Left盒Right

Right经过f函数转换后得到一个32位的串，这个串与Left做异或后得到下一轮循环的Right

将这一轮原视的Right作为下一轮的Left

拼接Left盒Right,进行下一轮循环

def iteration(self, block: str, key: str) -> str:

for i in range(16):

# 分成左右两个子块

left, right = block[0: 32], block[32: 64] # 将这一轮原视的Right作为下一轮的Left

next_left = right

# f函数

f_result = self._f_function(right, i)

# f函数的输出与left做异或得到下一轮的right

right = self._not_or(left, f_result)

# 拼接，准备进行下一轮

block = next_left + right

return block[32:] + block[:32]

在最后一轮循环加密之后，left盒right是相反的，所以进行终态置换之前要换过来

3.1 f函数函数

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