題目描述
實(shí)驗?zāi)康?/h3>
1） 學(xué)習(xí)S-DES密碼算法的原理
2） 掌握S-DES密碼算法的實(shí)現(xiàn)
實(shí)驗原理
1） 算法原理
Simplified DES方案，簡稱S-DES方案，是DES算法的簡化版。它是一個供教學(xué)而非安全的加密算法，它與DES的特性和結(jié)構(gòu)類似，但參數(shù)小。
加密算法涉及五個函數(shù)：
(1)初始置換IP(initial permutation)
(2)復(fù)合函數(shù)fk1，它是由密鑰K確定的，具有置換和代換的運(yùn)算。
(3)置換函數(shù)SW
(4)復(fù)合函數(shù)fk2
(5)初始置換IP的逆置換IP-1
[圖片上傳失敗...(image-13062e-1668674986761)]
2） 算法參數(shù)——S-DES所需的幾個置換表
① P10={3,5,2,7,4,10,1,9,8,6}
② P8={6,3,7,4,8,5,10,9} 注意這個置換選擇輸入10位輸出8位
③ P4={2,4,3,1}
④ IP={2,6,3,1,4,8,5,7}
⑤ IP-1={4,1,3,5,7,2,8,6}
⑥ EP={4,1,2,3,2,3,4,1} 注意這個是擴(kuò)展置換,輸入4位輸出8位
⑦ 兩個S盒：
S0:
{1,0,3,2}
{3,2,1,0}
{0,2,1,3}
{3,1,3,2}
S1:
{0,1,2,3}
{2,0,1,3}
{3,0,1,0}
{2,1,0,3}
3） 算法說明
若明文為： m=0001 0110， key選為(01111 11101)，給出加密過程和解密過程，并計算出密文和明文。
a）子密鑰的生成
① 10位密鑰key = 01111 11101
② 對key做P10置換（P10={3,5,2,7,4,10,1,9,8,6}）得到 11111 10011
③ 記左半(高位)的為Lk=11111,右半(低位)為Rk=10011
④ LS-1：Lk和Rk均循環(huán)左移1位,得到Lk=11111,Rk=00111
⑤ 對Lk和Rk組合得到的11111 00111做P8置換（P8={6,3,7,4,8,5,10,9}）選擇,得到子密鑰K1=0101 1111
⑥ LS-2：Lk和Rk均再次循環(huán)左移2位,得到Lk=11111,Rk=11100
⑦ P8：對Lk和Rk組合得到的11111 11100做P8置換選擇,得到子密鑰K2=1111 1100
以上,通過密鑰得到了算法所需的子密鑰。
b）加密過程
首先是初始置換
① 對明文m=0001 0110做IP置換（IP={2,6,3,1,4,8,5,7}）,得m’=0100 1001
接下來是標(biāo)準(zhǔn)的Feistel密碼結(jié)構(gòu),共有兩次循環(huán)。
第一次循環(huán)
② 記左半(高位)為Lm=0100,右半(低位)為Rm=1001
③ 對Rm做EP擴(kuò)展置換（EP={4,1,2,3,2,3,4,1}）,得Rm’=1100 0011
④ Rm’與子密鑰K1按位異或（K1=0101 1111）,得Rm’=1001 1100
⑤ Rm’左半1001（A1A2A3A4）進(jìn)入S0盒替代選擇得11（第4行A1A4 /第1列A2A3的數(shù)字3，再轉(zhuǎn)成二進(jìn)制11，A1A4中A1是數(shù)位高位）,右半1100進(jìn)入S1盒替代選擇的01（第3行10/第3列10的數(shù)字1）,組合后得Rm’=1101
⑥ 對Rm’做P4置換（P4={2,4,3,1}）,得Rm’=1101
⑦ Rm’與Lm按位異或,得Lm’=1001
⑧ Lm’與Rm(最開始的那個Rm)組合得到輸出 1001(Lm’) 1001(Rm)
至此完成第一次循環(huán)。
⑨ 然后交換高低位,作為第二次循環(huán)的輸入,即1001(Rm)1001(Lm’)作為輸入
開始第二次循環(huán)
⑩ 記左半為Ln=1001,右半為Rn=1001
11 對Rn做EP擴(kuò)展置換（EP={4,1,2,3,2,3,4,1}）,得Rn’=1100 0011
12 Rn’與子密鑰K2按位異或（K2=1111 1100）,得Rn’=0011 1111
13 Rn’左半0011進(jìn)入S0盒替代選擇得10（第2行01/第2列01的數(shù)字2，再轉(zhuǎn)成二進(jìn)制10）,右半1111進(jìn)入S1盒替代選擇的11（第4行11/第4列11的數(shù)字3，再轉(zhuǎn)成二進(jìn)制11）,組合后得Rn’=1011
14 對Rn’做P4置換（P4={2,4,3,1}）,得Rn’=0111
15 Rn’與Ln按位異或,得Ln’=1110
16 Ln’與Rn(最開始的那個Rn)組合得到輸出 1110(Ln’) 1001(Rn)
至此完成第二次循環(huán)
17 最后進(jìn)行逆初始置換對上面的輸出m’=1110 1001做IP-1置換得到密文m’=0111 0110.
OK,到這里就完成了將明文加密為密文,S-DES加密結(jié)束。
c）解密過程
解密過程與加密基本一致,就是密鑰使用順序是相反的,第一次循環(huán)使用K2第二次循環(huán)使用K1。
首先還是初始置換
① 對密文m=0111 0110做IP置換（IP={2,6,3,1,4,8,5,7}）,得m’=1110 1001
Feistel密碼結(jié)構(gòu)
第一次循環(huán)
② 記左半(高位)為Lm=1110,右半(低位)為Rm=1001
③ 對Rm做EP擴(kuò)展置換（EP={4,1,2,3,2,3,4,1}）,得Rm’=1100 0011
④ Rm’與子密鑰K2按位異或（K2=1111 1100）,得Rm’=0011 1111
⑤ Rm’左半0011進(jìn)入S0盒替代選擇得10（第2行01/第2列01的數(shù)字2，再轉(zhuǎn)成二進(jìn)制10）,右半1111進(jìn)入S1盒替代選擇的11（第4行11/第4列11的數(shù)字3，再轉(zhuǎn)成二進(jìn)制11）,組合后得Rm’=1011
⑥ 對Rm’做P4置換（P4={2,4,3,1}）,得Rm’=0111
⑦ Rm’與Lm按位異或,得Lm’=1001
⑧ Lm’與Rm(最開始的那個Rm)組合得到輸出 1001(Lm’) 1001(Rm)
至此完成第一次循環(huán)。
⑨ 然后交換高低位,作為第二次循環(huán)的輸入,即1001(Rm) 1001(Lm’)作為輸入
開始第二次循環(huán)
⑩ 記左半為Ln=1001,右半為Rn=1001
11 對Rn做EP擴(kuò)展置換（EP={4,1,2,3,2,3,4,1}）,得Rn’=1100 0011
12 Rn’與子密鑰K1按位異或（K1=0101 1111）,得Rn’=1001 1100
13 Rn’左半1001進(jìn)入S0盒替代選擇得11（第4行11/第1列00的數(shù)字3，再轉(zhuǎn)成二進(jìn)制11）,右半1100進(jìn)入S1盒替代選擇的01（第3行10/第3列10的數(shù)字1）,組合后得Rn’=1101
14 對Rn’做P4置換（P4={2,4,3,1}）,得Rn’=1101
15 Rn’與Ln按位異或,得Ln’=0100
16 Ln’與Rn(最開始的那個Rn)組合得到輸出0100(Ln’) 1001(Rn)
至此完成第二次循環(huán)。
17 最后進(jìn)行逆初始置換
18 對上面的輸出m’=0100 1001做IP-1置換（IP-1={4,1,3,5,7,2,8,6}）得到明文m’=0001 0110.
這樣就完成的S-DES的解密。
輸入
第一行輸入主密鑰
第二行輸入明文
輸出
輸出密文
輸入樣例
1100011110
00101000
0111111101
00010110
輸出樣例
10001010
01110110
解題
這里先貼代碼，因為當(dāng)初我按照一步一步來，沒有分模塊?？赡苁且环N面向過程的編程。
package main
import (
"bufio"
"fmt"
"io"
"os"
"strconv"
"strings"
)
func id193(_r io.Reader, _w io.Writer) {
in := bufio.NewReader(_r)
out := bufio.NewWriter(_w)
defer out.Flush()
var key, text string
P10 := []int{3, 5, 2, 7, 4, 10, 1, 9, 8, 6}
P8 := []int{6, 3, 7, 4, 8, 5, 10, 9}
P4 := []int{2, 4, 3, 1}
IP := []int{2, 6, 3, 1, 4, 8, 5, 7}
IP1 := []int{4, 1, 3, 5, 7, 2, 8, 6}
S0 := [][]string{{"01", "01", "11", "10"},
{"11", "10", "01", "00"},
{"00", "10", "01", "11"},
{"11", "01", "11", "10"}}
S1 := [][]string{{"00", "01", "10", "11"},
{"10", "00", "01", "11"},
{"11", "00", "01", "00"},
{"10", "01", "00", "11"}}
EP := []int{4, 1, 2, 3, 2, 3, 4, 1}
for {
if _, err := fmt.Fscan(in, &key, &text); err != io.EOF {
var convP10 strings.Builder
for i := range P10 {
fmt.Fprint(&convP10, string(key[P10[i]-1]))
}
Lk := convP10.String()[1:5] + convP10.String()[0:1]
Rk := convP10.String()[6:] + convP10.String()[5:6]
key2 := Lk + Rk
var convP8 strings.Builder
for i := range P8 {
fmt.Fprint(&convP8, string(key2[P8[i]-1]))
}
K1 := convP8.String()
key2 = Lk[2:5] + Lk[0:2] + Rk[2:5] + Rk[0:2]
var K2_ strings.Builder
for i := range P8 {
fmt.Fprint(&K2_, string(key2[P8[i]-1]))
}
K2 := K2_.String()
// fmt.Println(K1, K2)
var convText_ strings.Builder
for i := range IP {
fmt.Fprint(&convText_, string(text[IP[i]-1]))
}
Lm := convText_.String()[:4]
Rm := convText_.String()[4:]
Rm_ := []int{}
for i := range EP {
v, err := strconv.Atoi(string(Rm[EP[i]-1]))
if err == nil {
Rm_ = append(Rm_, v)
}
}
// fmt.Println(Rm_)
for i := range Rm_ {
v, _ := strconv.Atoi(string(K1[i]))
Rm_[i] ^= v
}
// fmt.Println(Rm_)
Rm1 := S0[Rm_[0]*2+Rm_[3]][Rm_[1]*2+Rm_[2]]
Rm2 := S1[Rm_[4]*2+Rm_[7]][Rm_[5]*2+Rm_[6]]
var Lm_ []int
Rm__ := Rm1 + Rm2
for i := range P4 {
tmp1, _ := strconv.Atoi(string(Rm__[P4[i]-1]))
tmp2, _ := strconv.Atoi(string(Lm[i]))
Lm_ = append(Lm_, tmp1^tmp2)
}
// fmt.Println(Lm_, Rm)
Rn_ := []int{}
for i := range EP {
v, _ := strconv.Atoi(string(K2[i]))
Rn_ = append(Rn_, Lm_[EP[i]-1]^v)
}
Rn1 := S0[Rn_[0]*2+Rn_[3]][Rn_[1]*2+Rn_[2]]
Rn2 := S1[Rn_[4]*2+Rn_[7]][Rn_[5]*2+Rn_[6]]
res := ""
for i := range P4 {
v, _ := strconv.Atoi(string((Rn1 + Rn2)[P4[i]-1]))
b, _ := strconv.Atoi(string(Rm[i]))
res += strconv.Itoa(v ^ b)
}
var ans strings.Builder
fmt.Fprint(&ans, res)
for i := range Lm_ {
v := strconv.Itoa(Lm_[i])
fmt.Fprint(&ans, v)
}
ans1 := ans.String()
for i := range IP1 {
fmt.Print(string(ans1[IP1[i]-1]))
}
fmt.Println()
} else {
break
}
}
}
func main() {
id193(os.Stdin, os.Stdout)
}
