DES加密解密算法之python實現版(圖文并茂)-創新互聯
一、DSE算法背景介紹
成都創新互聯公司專注于企業營銷型網站建設、網站重做改版、蒲江縣網站定制設計、自適應品牌網站建設、HTML5、商城系統網站開發、集團公司官網建設、成都外貿網站建設公司、高端網站制作、響應式網頁設計等建站業務，價格優惠性價比高，為蒲江縣等各大城市提供網站開發制作服務。1. DES的采用
1979年，美國銀行協會批準使用
1980年，美國國家標準局（ANSI）贊同DES作為私人使用的標準,稱之為DEA（ANSI X.392）
1983年，國際化標準組織ISO贊同DES作為國際標準，稱之為DEA-1
該標準規定每五年審查一次，計劃十年后采用新標準
最近的一次評估是在1994年1月，已決定1998年12月以后，DES將不再作為聯邦加密標準。
2.DES算法特點
1) 分組加密算法：
以64位為分組。64位一組的明文從算法一端輸入，64位密文從另一端輸出。
2) 對稱算法：
加密和解密用同一密鑰。
3) 有效密鑰長度為56位。
密鑰通常表示為64位數，但每個第8位用作奇偶校驗，可以忽略。輸入的64bit秘鑰只有56bit作為有效位
二、DES算法描述
1、DES算法加密流程的文字描述
DES對64位的明文分組進行操作。通過一個初始置換，將明文分組分成左半部分和右半部分，各32位長。然后進行16輪完全相同的運算，這些運算被稱為函數f，在運算過程中數據與密鑰結合。經過16輪后，左、右半部分合在一起，經過一個末置換（初始置換的逆置換），這樣該算法就完成了。
二、DES算法加密流程的圖形描述
圖一
圖二
三、具體參數解釋
1、IP置換和IP逆置換
IP置換作用于進行16輪f函數作用之前，IP逆置換作用于16輪f函數作用之后。IP置換和IP逆置換表如下圖所示：
圖三
該表的含義解釋：例如IP置換表中的第一行第一列的數值為58，就代表將明文的第58位替換到第一位，例如明文初始的第58位是1，第1位是0，第39位是0，根據上表替換后的64位待加密文本為：第一位是1，第58位是0。之后提到的置換表也是這個意思。
2、f函數
經過初始置換后，進行16輪完全相同的運算。這些運算被稱為f，在運算過程中數據與密鑰結合。f函數作用于每輪的key值和每輪的待加密文本的右半部分，即Ki,Ri
f函數作用于每輪的key值和每輪的待加密文本的右半部分，即Ki,Ri
圖四
函數¦的輸出經過一個異或運算，和左半部分結合，其結果成為新的右半部分，原來的右半部分成為新的左半部分。
圖五
3、擴展置換，擴展置換將32位的R部分，擴展為48位
擴展表如圖所示：
圖六
4、S盒替換，S盒替換將擴展替換后與ki（第i輪KEY值）異或后的結果壓縮為32位，每6位與一個S盒運算，運算后壓縮為4位，共有八個S盒，分為S1，S2......S8。具體如下圖所示
圖七
S盒介紹，以第六個S盒，S6為例
圖八
設入的六位為b1,b2,b3,b4,b5,b6，b1、b6位組合得到列號，b2,b3,b4,b5組合得到行號。具體實現看底下的代碼。確定行號和列好后將6位替換為4位數據，數據段具體值即為行列相交處的值，例如3行4列即為5,5的二進制碼位1001，將原來的6位替換為4位即1001
4、P盒替換
P盒替換將S盒替換之后的結果進行一次位置替換，替換表如圖所示：
圖九
5 最后講一下重頭戲——16輪秘鑰生成
先上個圖
圖10
圖中的置換選擇1和置換選擇2跟之前將的置換選擇原理是一樣的，在代碼中你能看到置換表
這里也給出來吧
圖11
C0，D0指的是將56位（注位都是指的bit）秘鑰分為左右兩部分，C0代表左半部分，D0是右半部分。循環左移指的是將bit位循環左移，移除的位補到末尾，l例如100010循環左移一位之后位000101
每輪秘鑰生成的時候循環左移的次數都不一樣，具體如下表
圖12
四、以上都是文字加圖表描述，下面直接上代碼，代碼我都加了詳細的備注，大家結合上面的說明一定能讀懂滴。有點長，大家細心看
#writter:liuyang@BUAASoftwareDepartment
#date:2014/05/14
#function:DEC加密、解密算法
#contact me:734056968@qq.com
#IP置換表
IP_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
]
#逆IP置換表
_IP_table=[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
]
#S盒中的S1盒
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
]
#S盒中的S2盒
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
]
#S盒中的S3盒
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
]
#S盒中的S4盒
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
]
#S盒中的S5盒
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
]
#S盒中的S6盒
S6=[12, 1, 10, 15, 9, 2, 6, 8, 0, 13, 3, 4, 14, 7, 5, 11,
10, 15, 4, 2, 7, 12, 9, 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
]
#S盒中的S7盒
S7=[4, 11, 2, 14, 15, 0, 8, 13, 3, 12, 9, 7, 5, 10, 6, 1,
13, 0, 11, 7, 4, 9, 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
]
#S盒中的S8盒
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
]
# S盒
S=[S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8]
#P盒
P_table=[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
]
#壓縮置換表1，不考慮每字節的第8位，將64位密鑰減至56位。然后進行一次密鑰置換。
yasuo1_table=[ 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
]
#壓縮置換表2，用于將循環左移和右移后的56bit密鑰壓縮為48bit
yasuo2_table=[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
]
#用于對數據進行擴展置換，將32bit數據擴展為48bit
extend_table=[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
]
#將字符轉換為對應的Unicode碼，中文用2個字節表示
def char2unicode_ascii(intext,length):
outtext=[]
for i in range(length):
outtext.append(ord(intext[i]))
return outtext
#將Unicode碼轉為bit
def unicode2bit(intext,length):
outbit=[]
for i in range(length*16):
outbit.append((intext[int(i/16)]>>(i%16))&1)#一次左移一bit
return outbit
#將8位ASCII碼轉為bit
def byte2bit(inchar,length):
outbit=[]
for i in range(length*8):
outbit.append((inchar[int(i/8)]>>(i%8))&1)#一次左移一bit
return outbit
#將bit轉為Unicode碼
def bit2unicode(inbit,length):
out=[]
temp=0
for i in range(length):
temp=temp|(inbit[i]<<(i%16))
if i%16==15:
out.append(temp)
temp=0
return out
#將bit轉為ascii 碼
def bit2byte(inbit,length):
out=[]
temp=0
for i in range(length):
temp=temp|(inbit[i]<<(i%8))
if i%8==7:
out.append(temp)
temp=0
return out
#將unicode碼轉為字符（中文或英文）
def unicode2char(inbyte,length):
out=""
for i in range(length):
out=out+chr(inbyte[i])
return out
#生成每一輪的key
def createKeys(inkeys):
keyResult=[]
asciikey=char2unicode_ascii(inkeys,len(inkeys))
keyinit=byte2bit(asciikey,len(asciikey))
# print("keyinit=",end='')
# print(keyinit)
#初始化列表key0,key1
key0=[0 for i in range(56)]
key1=[0 for i in range(48)]
#進行密碼壓縮置換1，將64位密碼壓縮為56位
for i in range(56):
key0[i]=keyinit[yasuo1_table[i]-1]
#進行16輪的密碼生成
for i in range(16):
#---------確定左移的次數----------
if (i==0 or i==1 or i==8 or i==15):
moveStep=1
else:
moveStep=2
#------------------------------
#--------分兩部分，每28bit位一部分，進行循環左移------------
for j in range(moveStep):
for k in range(8):
temp=key0[k*7]
for m in range(7*k,7*k+6):
key0[m]=key0[m+1]
key0[k*7+6]=temp
temp=key0[0]
for k in range(27):
key0[k]=key0[k+1]
key0[27]=temp
temp=key0[28]
for k in range(28,55):
key0[k]=key0[k+1]
key0[55]=temp
#-----------------------------------------------------
#------------對56位密鑰進行壓縮置換，壓縮為48位-------------
for k in range(48):
key1[k]=key0[yasuo2_table[k]-1]
keyResult.extend(key1)
#------------------------------------------------------
return keyResult
def DES(text,key,optionType):
keyResult=createKeys(key)
finalTextOfBit=[0 for i in range(64)]
finalTextOfUnicode=[0 for i in range(4)]
# print(keyResult)
if optionType==0:#選擇的操作類型為加密
tempText=[0 for i in range(64)]#用于臨時盛放IP逆置換之前，將L部分和R部分合并成64位的結果
extendR=[0 for i in range(48)]#用于盛放R部分的擴展結果
unicodeText=char2unicode_ascii(text,len(text))
# print(unicodeText)
bitText=unicode2bit(unicodeText,len(unicodeText))
# print(bitText)
initTrans=[0 for i in range(64)]#初始化，用于存放IP置換后的結果
#------------------進行初始IP置換---------------
for i in range(64):
initTrans[i]=bitText[IP_table[i]-1]
#將64位明文分為左右兩部分
L=[initTrans[i] for i in range(32)]
R=[initTrans[i] for i in range(32,64)]
#開始進行16輪運算
for i in range(16):
tempR=R #用于臨時盛放R
#-----------進行擴展，將32位擴展為48位--------
for j in range(48):
extendR[j]=R[extend_table[j]-1]
# print(len(keyResult))
keyi=[keyResult[j] for j in range(i*48,i*48+48)]
#----------與key值進行異或運算----------------
XORResult=[0 for j in range(48)]
for j in range(48):
if keyi[j]!=extendR[j]:
XORResult[j]=1
SResult=[0 for k in range(32)]
#---------開始進行S盒替換-------------------
for k in range(8):
row=XORResult[k*6]*2+XORResult[k*6+5]
column=XORResult[k*6+1]*8+XORResult[k*6+2]*4+XORResult[k*6+3]*2+XORResult[k*6+4]
temp=S[k][row*16+column]
for m in range(4):
SResult[k*4+m]=(temp>>m)&1
#-----------------------------------------
PResult=[0 for k in range(32)]
#--------------開始進行P盒置換----------------
for k in range(32):
PResult[k]=SResult[P_table[k]-1]
#------------------------------------------
#--------------與L部分的數據進行異或------------
XORWithL=[0 for k in range(32)]
for k in range(32):
if L[k]!=PResult[k]:
XORWithL[k]=1
#----------------------------------------------
#-------------將臨時保存的R部分值，即tempR復制給L------
L=tempR
R=XORWithL
#----交換左右兩部分------
L,R=R,L
#-----合并為一部分
tempText=L
tempText.extend(R)
#-----------IP逆置換--------
for k in range(64):
finalTextOfBit[k]=tempText[_IP_table[k]-1]
finalTextOfUnicode=bit2byte(finalTextOfBit,len(finalTextOfBit))
# print(finalTextOfUnicode)
finalTextOfChar=unicode2char(finalTextOfUnicode,len(finalTextOfUnicode))
# print(finalTextOfChar)
return finalTextOfChar
else:#選擇的操作類型為解密
tempText=[0 for i in range(64)]#用于臨時盛放IP逆置換之前，將L部分和R部分合并成64位的結果
extendR=[0 for i in range(48)]#用于盛放R部分的擴展結果
unicodeText=char2unicode_ascii(text,len(text))
# print(unicodeText)
bitText=byte2bit(unicodeText,len(unicodeText))
# print(bitText)
initTrans=[0 for i in range(64)]#初始化，用于存放IP置換后的結果
#------------------進行初始IP置換---------------
for i in range(64):
initTrans[i]=bitText[IP_table[i]-1]
#將64位明文分為左右兩部分
L=[initTrans[i] for i in range(32)]
R=[initTrans[i] for i in range(32,64)]
#-----------------開始16輪的循環-----------------
for i in range(15,-1,-1):
tempR=R #用于臨時盛放R
#-----------進行擴展，將32位擴展為48位--------
for j in range(48):
extendR[j]=R[extend_table[j]-1]
keyi=[keyResult[j] for j in range(i*48,i*48+48)]
#----------與key值進行異或運算----------------
XORResult=[0 for j in range(48)]
for j in range(48):
if keyi[j]!=extendR[j]:
XORResult[j]=1
SResult=[0 for k in range(32)]
#---------開始進行S盒替換-------------------
for k in range(8):
row=XORResult[k*6]*2+XORResult[k*6+5]
column=XORResult[k*6+1]*8+XORResult[k*6+2]*4+XORResult[k*6+3]*2+XORResult[k*6+4]
temp=S[k][row*16+column]
for m in range(4):
SResult[k*4+m]=(temp>>m)&1
#-----------------------------------------
PResult=[0 for k in range(32)]
#--------------開始進行P盒置換----------------
for k in range(32):
PResult[k]=SResult[P_table[k]-1]
#------------------------------------------
#--------------與L部分的數據進行異或------------
XORWithL=[0 for k in range(32)]
for k in range(32):
if L[k]!=PResult[k]:
XORWithL[k]=1
#----------------------------------------------
#-------------將臨時保存的R部分值，即tempR復制給L------
L=tempR
R=XORWithL
#----交換左右兩部分------
L,R=R,L
#-----合并為一部分
tempText=L
tempText.extend(R)
#-----------IP逆置換--------
for k in range(64):
finalTextOfBit[k]=tempText[_IP_table[k]-1]
finalTextOfUnicode=bit2unicode(finalTextOfBit,len(finalTextOfBit))
# print(finalTextOfUnicode)
finalTextOfChar=unicode2char(finalTextOfUnicode,len(finalTextOfUnicode))
# print(finalTextOfChar)
return finalTextOfChar
def main():
text=input("請輸入要操作的文本: ")
print(" ".join(["輸入的文本時",text]))
optionType=input("請選擇是進行加密還是解密，加密輸入0，解密輸入1: ")
while(not(optionType=='0' or optionType=='1')):
print("Wrong!!!選擇的操作類型只能是0或者是1")
optionType=input("請選擇是進行加密還是解密，加密輸入0，解密輸入1: ")
length=len(text)
Result=""
if optionType=='0':
# f=open('D:\encyptText.txt','w')
#----------若輸入文本的長度不是4的整數倍，即不是64字節的整數倍，用空格補全（此處為了加密中文，用的是unicode編碼，即用16字節表示一個字符）-------
text=text+(length%4)*" "
length=len(text)
key=input("請輸入8位加密密碼: ")
while(len(key)!=8):
print("wrong!!請輸入8位密碼")
key=input("請輸入8位加密密碼: ")
print("加密后的文本：",end=" ")
for i in range(int(length/4)):
tempText=[text[j] for j in range(i*4,i*4+4)]
Result="".join([Result,DES(tempText,key,int(optionType))])
# f.write(Result)
print(Result)
if optionType=='1':
#----------若輸入文本的長度不是8的整數倍，即不是64字節的整數倍，用空格補全（此處解密出來的密文用的是每8bit轉換為一個ascii碼，所以生成的八位表示的字符）-------
# text=text+(length%8)*" "
length=len(text)
key=input("請輸入8位解密密碼: ")
while(len(key)!=8):
print("wrong!!請輸入8位密碼")
key=input("請輸入8位解密密碼: ")
print("解密后的文本：",end=" ")
for i in range(int(length/8)):
tempText=[text[j] for j in range(i*8,i*8+8)]
Result="".join([Result,DES(tempText,key,int(optionType))])
print(Result)
當前文章：DES加密解密算法之python實現版(圖文并茂)-創新互聯
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