编程实现DES算法。 加密学号和班级

时间: 2023-06-24 19:03:57 浏览: 49
为了实现DES算法,需要先了解DES算法的基本步骤和流程。DES算法是一种对称加密算法,它的基本步骤包括: 1. 密钥的生成 2. 初始置换IP 3. 16轮Feistel加密 4. 逆置换IP^-1 在实现DES算法时,需要用到一些常数和表格,包括: 1. 初始置换IP表 2. 逆置换IP^-1表 3. 扩展置换E表 4. S盒 5. P盒 以下是Python实现DES算法的代码: ```python # 导入必要的模块 import binascii # 定义常数和表格 # 初始置换IP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 ] # 逆置换IP^-1表 IP_INV_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 ] # 扩展置换E表 E_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 ] # S盒 S_BOX = [ # 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] ], # 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] ], # 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] ], # 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] ], # 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] ], # 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] ], # 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] ], # 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] ] ] # 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 ] # 密钥的生成 def generate_keys(key): # 将密钥转换为二进制格式 key = binascii.unhexlify(key) # 将密钥进行初始置换 key = permute(key, IP_TABLE) # 将密钥分为左右两部分 left = key[:28] right = key[28:] keys = [] for i in range(16): # 根据移位表进行循环左移 left = left[SHIFT_TABLE[i]:] + left[:SHIFT_TABLE[i]] right = right[SHIFT_TABLE[i]:] + right[:SHIFT_TABLE[i]] # 将左右两部分合并 sub_key = left + right # 根据压缩表进行压缩 sub_key = permute(sub_key, COMPRESS_TABLE) keys.append(sub_key) return keys # 对消息进行加密 def encrypt(message, key): # 将消息转换为二进制格式 message = binascii.unhexlify(message) # 将消息进行初始置换 message = permute(message, IP_TABLE) # 将消息分为左右两部分 left = message[:32] right = message[32:] # 生成子密钥 keys = generate_keys(key) for i in range(16): # 将右半部分进行扩展置换 expanded = permute(right, E_TABLE) # 将扩展后的右半部分和子密钥进行异或 xor_result = xor(expanded, keys[i]) # 将异或后的结果进行S盒置换 s_result = s_box_substitution(xor_result) # 将S盒置换后的结果进行P盒置换 p_result = permute(s_result, P_TABLE) # 将P盒置换后的结果和左半部分进行异或 xor_result = xor(p_result, left) # 将左右两部分交换 left = right right = xor_result # 将左右两部分合并 result = right + left # 将合并后的结果进行逆置换 result = permute(result, IP_INV_TABLE) # 将结果转换为十六进制格式 result = binascii.hexlify(result) return result # 对消息进行解密 def decrypt(message, key): # 将消息转换为二进制格式 message = binascii.unhexlify(message) # 将消息进行初始置换 message = permute(message, IP_TABLE) # 将消息分为左右两部分 left = message[:32] right = message[32:] # 生成子密钥 keys = generate_keys(key) for i in range(15, -1, -1): # 将右半部分进行扩展置换 expanded = permute(right, E_TABLE) # 将扩展后的右半部分和子密钥进行异或 xor_result = xor(expanded, keys[i]) # 将异或后的结果进行S盒置换 s_result = s_box_substitution(xor_result) # 将S盒置换后的结果进行P盒置换 p_result = permute(s_result, P_TABLE) # 将P盒置换后的结果和左半部分进行异或 xor_result = xor(p_result, left) # 将左右两部分交换 left = right right = xor_result # 将左右两部分合并 result = right + left # 将合并后的结果进行逆置换 result = permute(result, IP_INV_TABLE) # 将结果转换为十六进制格式 result = binascii.hexlify(result) return result # 二进制字符串进行置换 def permute(data, table): result = bytearray(len(table) // 8) for i, pos in enumerate(table): byte_pos = pos - 1 byte_index = byte_pos // 8 bit_pos = byte_pos % 8 byte = data[byte_index] if byte & (1 << (7 - bit_pos)): result[i // 8] |= 1 << (7 - i % 8) return bytes(result) # 二进制字符串进行异或 def xor(data1, data2): result = bytearray(len(data1)) for i in range(len(data1)): result[i] = data1[i] ^ data2[i] return bytes(result) # S盒置换 def s_box_substitution(data): result = bytearray(len(data) // 6) for i in range(len(result)): byte = data[i*6:(i+1)*6] row = (byte[0] << 1) + byte[-1] col = (byte[1] << 3) + (byte[2] << 2) + (byte[3] << 1) + byte[4] value = S_BOX[i][row][col] for j in range(4): if value & (1 << (3 - j)): result[i] |= 1 << (4 * (i+1) - (j+1)) return bytes(result) # 测试代码 if __name__ == '__main__': # 加密学号和班级 message = '317010XXXX' key = '0123456789ABCDEF' encrypted = encrypt(message, key) print('加密后的结果:', encrypted) decrypted = decrypt(encrypted, key) print('解密后的结果:', decrypted) ``` 需要注意的是,由于Python中的字节串和二进制串不同,因此在实现DES算法时需要注意对字节串和二进制串的转换。在代码中,我们使用了`binascii.unhexlify`和`binascii.hexlify`函数将十六进制字符串转换为字节串和二进制串。另外,为了方便测试,我们在代码中使用了固定的密钥和消息,实际使用时应该根据具体情况动

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