上课时做有趣的实验，大家一起学习~
DES加密算法编程实现华南理工大学软件学院zjdhj (博士)
实验的目的
通过使用DES算法对实验数据进行加密和解密，掌握现代分组密码算法的基本原理，熟练掌握DES算法各部件的运算原理和具体运算过程。
实验原理目前，加密算法可以分为对称加密(Symmetric Cryptology )和非对称加密(Asymmetric Cryptology )。 其区别的依据主要是采用的密钥之间的关系。 在对称加密中，加密和解密密钥可以完全相同或者可以容易地导出。 在非对称加密算法或公钥加密中，加密密钥和解密密钥不同，并且在计算上不能从加密密钥导出解密密钥。
根据对明文的处理方式，加密算法分为流加密(Stream Cipher )和组加密(Block Cipher )。 只对明文中的一位(有时为字节)一次运算的密码称为流密码。 运算明文的一组位。 这些位集合称为分组，例如64位称为分组，相应的密码称为分组密码。
1973年，美国国家标准局(NBS )开始募集用于加密非机密性政府机构、商业部门、民间非机密性数据的标准数据加密标准算法(DES )。 IBM公司基于1971年完成的LUCIFER密码(64位组，128位密钥)，改进了建议的DES。 改进的DES算法只使用了56位密钥，同时s盒的修改被列入官方机密，受到了批评。 1975年3月17日，NBS发布了该算法，并说明将其作为联邦信息处理标准，以征求各方意见。 1977年1月15日，被联邦标准—FIPSPUB 46批准，DES芯片设计上市。 1981年，ANSI将DES作为标准，即DEA[ANSI X3.92]。 1983年，ISO采用DES作为标准，即DEA-1。 数据加密标准(des )是一种优秀的对称分组加密算法，在2000年10月2日NIST发布AES算法之前一直是业界标准。
DES加密：图1显示了DES加密的整个机制。 任意的加密方式有明文和密钥两种输入。 DES的明文长度为64位，密钥长度为56位。
从图1的左半部分可以看出，明文的处理经历了3个阶段。 首先，64位明文经由初始置换（）进行排序。 然后进行16次相同函数的作用(也称为迭代)，每次进行置换和替代操作。 这16个迭代操作可以被视为包括64位明文和16个循环密钥的函数(见下文，更具体地，图1中的K1 )，并且其输出为64位比特流，或最终迭代输出。 该输出的左半部(左32比特)和右半部(右32比特)互换(即图中32比特交替)生成备用输出。 最后，该预备输出通过另一个初始置换()相互逆的置换(也称为逆初始置换)生成64位的密文。
图1的右半部分显示了使用56位密钥的过程。 初始置换，即经过图中的置换选择1，与循环左移置换，即经过图中的置换选择2，用于各个循环的重复
初始置换：
表1和表2分别定义了初始置换和逆初始置换，以下进行说明。 表中的输入标记为1~64，共计64位。 取代表中的64个元素表示1到64的数的1个取代。 替换表中的每个元素指示输入位在64位输出中的位置。
每次循环变换的详细过程：图2表示循环变换的内部结构。 首先看看图的左半部分。 64位中间数据的左和右部分被划分成独立的32位数据格式，分别表示为l (左)和r (右)。 任何经典的Feistel密码，每个循环变换的全过程都可以写成下面的公式。
子密钥的长度为48位。 r是32位。 首先，将r扩展为表3中定义的置换(e ) 48位(参照表3的扩展置换)，其中16位重复。 的48位和异或输出，再用一个置换函数，即s框生成32位的输出，用表4定义的置换(p )作用输出。
图3说明了s框在函数f中的作用。 置换函数由8个s框构成，各s框输入6位，输出4位。 这些转换见表5。 在此，框中输入的第1位和最后一位构成2位的二进制数，用于选择框4行(编号0~3 )的置换值中的一行，中间的4位为16列)编号0~15 )中的一列。 将矩阵交叉点的十进制数转换为二进制数后得到输出的4位二进制数。 例如，在中，如果输入位011001，则行为1(01 )，列为12 ) 1100 )。此处的值为9，因此输出为1001。 请注意s框的所有内容
行都定义了一个普通的可逆代换。密钥产生：
回顾图1和图2中，我们看到算法输入了64位的密钥，但是DES算法仅使用其中的56位。密钥各个比特分别标记为1到64，选取如表6中的无阴影部分，也就是每行的第8个比特位被忽略。对选取的56位密钥，首先进行置换选择1（表7）操作，所得到的56位密钥分为前后两个28位密钥数据和。每轮迭代中，和分别循环左移 一位或两位，参加表8。移位后的值，通过置换选择2（表9）操作，产生一个48位的轮密钥作为函的输入。
DES解密：
Feistel密码的解密算法和加密算法是相同的，只是轮密钥的使用次序相反。
Python实现链接：https://github.com/kingboung/web-security/tree/master/DES 雪崩效应:雪崩效应就是一种不稳定的平衡状态也是加密算法的一种特征，它指明文或密钥的少量变化会引起密文的很大变化，就像雪崩前，山上看上去很平静，但是只要有一点问题，就会造成一片大崩溃。实验证明DES算法是具备该性质的。可以通过以下几组数据进行测试。
使用同一密钥，对两组明文进行加密和解密———
64位密钥：
00000010 10010110 01001000 11000100 00111000 00110000 00111000 01100100
64位明文块1：
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
64位明文块2（与明文块1仅有一位的不同）：
10000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
输出两个密文块的二进制流，统计两个密文块间不同数据位的数量。
对同一段明文，使用不同密钥进行加密和解密操作。
64位密钥1：
11100010 11110110 11011110 00110000 00111010 00001000 01100010 11011100
64位密钥2（与密钥1仅有一位的不同）：
01100010 11110110 11011110 00110000 00111010 00001000 01100010 11011100
明文：
01101000 10000101 00101111 01111010 00010011 01110110 11101011 10100100
输出两个密文块的二进制流，统计两个密文块间不同数据位的数量。
参考文献：[1] 《密码编码学与网络安全》 William Stallings（著）,csdlz等（译），电子工业出版社。
转载请告知！！博主个人博客：http://www.kingboung.me
文章有不完善的地方，请留言告知！My lord