快捷導(dǎo)航

DES加密解密算法之python實(shí)現(xiàn)版(圖文并茂)

更新時(shí)間：2018年12月06日 13:32:19 作者：馮二陽(yáng)家的劉小洋

這篇文章主要介紹了DES加密解密算法之python實(shí)現(xiàn)版，圖文并茂的為大家分享一下,需要的朋友可以參考下

一、DSE算法背景介紹

1. DES的采用
1979年，美國(guó)銀行協(xié)會(huì)批準(zhǔn)使用
1980年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（ANSI）贊同DES作為私人使用的標(biāo)準(zhǔn),稱之為DEA（ANSI X.392）
1983年，國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)組織ISO贊同DES作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，稱之為DEA-1
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每五年審查一次，計(jì)劃十年后采用新標(biāo)準(zhǔn)
最近的一次評(píng)估是在1994年1月，已決定1998年12月以后，DES將不再作為聯(lián)邦加密標(biāo)準(zhǔn)。

2.DES算法特點(diǎn)

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(duì)稱算法：

加密和解密用同一密鑰。

3) 有效密鑰長(zhǎng)度為56位。

密鑰通常表示為64位數(shù)，但每個(gè)第8位用作奇偶校驗(yàn)，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(duì)64位的明文分組進(jìn)行操作。通過(guò)一個(gè)初始置換，將明文分組分成左半部分和右半部分，各32位長(zhǎng)。然后進(jìn)行16輪完全相同的運(yùn)算，這些運(yùn)算被稱為函數(shù)f，在運(yùn)算過(guò)程中數(shù)據(jù)與密鑰結(jié)合。經(jīng)過(guò)16輪后，左、右半部分合在一起，經(jīng)過(guò)一個(gè)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(shù)解釋

1、IP置換和IP逆置換

IP置換作用于進(jìn)行16輪f函數(shù)作用之前，IP逆置換作用于16輪f函數(shù)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(shù)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(jù)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(gè)意思。

2、f函數(shù)

經(jīng)過(guò)初始置換后，進(jìn)行16輪完全相同的運(yùn)算。這些運(yùn)算被稱為f，在運(yùn)算過(guò)程中數(shù)據(jù)與密鑰結(jié)合。f函數(shù)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(shù)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(shù)¦的輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)異或運(yùn)算，和左半部分結(jié)合，其結(jié)果成為新的右半部分，原來(lái)的右半部分成為新的左半部分。

圖五

3、擴(kuò)展置換，擴(kuò)展置換將32位的R部分，擴(kuò)展為48位

擴(kuò)展表如圖所示：

圖六

4、S盒替換，S盒替換將擴(kuò)展替換后與ki（第i輪KEY值）異或后的結(jié)果壓縮為32位，每6位與一個(gè)S盒運(yùn)算，運(yùn)算后壓縮為4位，共有八個(gè)S盒，分為S1，S2......S8。具體如下圖所示

圖七

S盒介紹，以第六個(gè)S盒，S6為例

圖八

設(shè)入的六位為b1,b2,b3,b4,b5,b6，b1、b6位組合得到列號(hào)，b2,b3,b4,b5組合得到行號(hào)。具體實(shí)現(xiàn)看底下的代碼。確定行號(hào)和列好后將6位替換為4位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)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(jìn)制碼位1001，將原來(lái)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(jié)果進(jìn)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(gè)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(lái)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(huán)左移指的是將bit位循環(huán)左移，移除的位補(bǔ)到末尾，l例如100010循環(huán)左移一位之后位000101

每輪秘鑰生成的時(shí)候循環(huán)左移的次數(shù)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(xì)的備注，大家結(jié)合上面的說(shuō)明一定能讀懂滴。有點(diǎn)長(zhǎng)，大家細(xì)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(jié)的第8位，將64位密鑰減至56位。然后進(jìn)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(huán)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展置換，將32bit數(shù)據(jù)擴(kuò)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(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的Unicode碼，中文用2個(gè)字節(jié)表示
def char2unicode_ascii(intext,length):
    outtext=[]
    for i in range(length):
        outtext.append(ord(intext[i]))
    return outtext
#將Unicode碼轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jìn)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(jìn)行16輪的密碼生成        
    for i in range(16):
        #---------確定左移的次數(shù)----------
        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(jìn)行循環(huán)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(duì)56位密鑰進(jìn)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(shí)盛放IP逆置換之前，將L部分和R部分合并成64位的結(jié)果
        extendR=[0 for i in range(48)]#用于盛放R部分的擴(kuò)展結(jié)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(jié)果
        
        #------------------進(jìn)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(kāi)始進(jìn)行16輪運(yùn)算              
        for i in range(16):
            tempR=R #用于臨時(shí)盛放R
            
            #-----------進(jìn)行擴(kuò)展，將32位擴(kuò)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(jìn)行異或運(yùn)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(kāi)始進(jìn)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(kāi)始進(jìn)行P盒置換----------------
            for k in range(32):
                PResult[k]=SResult[P_table[k]-1]
            #------------------------------------------


            #--------------與L部分的數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)保存的R部分值，即tempR復(fù)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(shí)盛放IP逆置換之前，將L部分和R部分合并成64位的結(jié)果
        extendR=[0 for i in range(48)]#用于盛放R部分的擴(kuò)展結(jié)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(jié)果
        
        #------------------進(jìn)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(kāi)始16輪的循環(huán)-----------------
        for i in range(15,-1,-1):
            tempR=R #用于臨時(shí)盛放R
            
            #-----------進(jìn)行擴(kuò)展，將32位擴(kuò)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(jìn)行異或運(yùn)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(kāi)始進(jìn)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(kāi)始進(jìn)行P盒置換----------------
            for k in range(32):
                PResult[k]=SResult[P_table[k]-1]
            #------------------------------------------


            #--------------與L部分的數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)保存的R部分值，即tempR復(fù)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(qǐng)輸入要操作的文本:  ")
    print(" ".join(["輸入的文本時(shí)",text]))
    optionType=input("請(qǐng)選擇是進(jìn)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(qǐng)選擇是進(jìn)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(zhǎng)度不是4的整數(shù)倍，即不是64字節(jié)的整數(shù)倍，用空格補(bǔ)全（此處為了加密中文，用的是unicode編碼，即用16字節(jié)表示一個(gè)字符）-------
        text=text+(length%4)*" "
        length=len(text)
        key=input("請(qǐng)輸入8位加密密碼: ")
        
        while(len(key)!=8):
            print("wrong!!請(qǐng)輸入8位密碼")
            key=input("請(qǐng)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(zhǎng)度不是8的整數(shù)倍，即不是64字節(jié)的整數(shù)倍，用空格補(bǔ)全（此處解密出來(lái)的密文用的是每8bit轉(zhuǎn)換為一個(gè)ascii碼，所以生成的八位表示的字符）-------
#        text=text+(length%8)*" "
        length=len(text) 
        key=input("請(qǐng)輸入8位解密密碼: ")
        while(len(key)!=8):
            print("wrong!!請(qǐng)輸入8位密碼")
            key=input("請(qǐng)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)

六、運(yùn)行截圖