关于DES加密算法的C++实现

 

数据加密算法

　　 数据加密标准DES
　　数据加密算法（Data Encryption Algorithm，DEA）的数据加密标准（Data Encryption Standard，DES）是规范的描述，它出自 IBM 的研究工作，并在 1977 年被美国*正式采纳。它很可能是使用最广泛的密钥系统，特别是在保护金融数据的安全中，最初开发的 DES 是嵌入硬 件中的。通常，自动取款机（Automated Teller Machine，ATM）都使用 DES。
　　DES 使用一个 56 位的密钥以及附加的 8 位奇偶校验位，产生最大 64 位的分组大小。这是一个迭代的分组密码，使用称为 Feistel 的技术，其中将加密的文本块分成两半。使用子密钥对其中一半应用循环功能，然后将输出与另一半进行“异或”运算；接着交换这两半，这一过程会继续下去，但最后一个循环不交换。DES 使用 16 个循环。
　　攻击 DES 的主要形式被称为蛮力的或彻底密钥搜索，即重复尝试各种密钥直到有一个符合为止。如果 DES 使用 56 位的密钥，则可能的密钥数量是 2 的 56 次方个。随着计算机系统能力的不断发展，DES 的安全性比它刚出现时会弱得多，然而从非关键性质的实际出发，仍可以认为它是足够的。不过 ，DES 现在仅用于旧系统的鉴定，而更多地选择新的加密标准 — 高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES）。
　　DES 的常见变体是三重 DES，使用 168 位的密钥对资料进行三次加密的一种机制；它通常（但非始终）提供极其强大的安全性。如果三个 56 位的子元素都相同，则三重 DES 向后兼容 DES。
　　IBM 曾对 DES 拥有几年的专利权，但是在 1983 年已到期，并且处于公有范围中，允许在特定条件下可以免除专利使用费而使用。
　　由于DES是加(解)密64位明(密)文，即为8个字节(8*8=64)，可以据此初步判断这是分组加密，加密的过程中会有16次循环与密钥置换过程，据此可以判断有可能是用到DES密码算法，更精确的判断还得必须懂得一点DES的加密过程。
　　Crackme实例分析
　　本期Crackme用到MD5及DES两种加密算法，难度适中。这次我们重点来看一下DES的加密过程及注册算法过程。用调试器载入程序，下GegDlgItemTextA断点，可以定位到下面代码，我们先来看一下整个crackme的注册过程：
　　由于代码分析太长，故收录到光盘中，请大家对照着分析（请见光盘“code1.doc”）
　　从上面分析可以看出，注册过程是类似：f(机器码，注册码)式的两元运算。机器码是经过md5算法得到的中间16位值，注册码是经过DES解密过程取得16位注册码，然后两者比较，如相等，则注册成功。机器码的运算过程可以参照上一期的MD5算法来理解。下面重点来说一下注册码DES的运算过程。
　　1、密钥处理过程：一般进行加解密过程都要初始化密钥处理。我们可以跟进004023FA CALL Crackme1.00401A40这个call,可以看到如下代码：
　　…(省略)...
　　00401A4D LEA ECX,DWORD PTR DS:[ECX]
　　00401A50 /MOV EDX,EAX
　　00401A52 |SHR EDX,3
　　00401A55 |MOV DL,BYTE PTR DS:[EDX+ESI]
　　00401A58 |MOV CL,AL
　　00401A5A |AND CL,7
　　00401A5D |SAR DL,CL
　　00401A5F |AND DL,1
　　00401A62 |MOV BYTE PTR DS:[EAX+417DA0],DL
　　00401A68 |INC EAX
　　00401A69 |CMP EAX,40 这里比较是否小于64
　　00401A6C /JL SHORT Crackme1.00401A50
　　以上过程就是去掉密钥各第八位奇偶位。
　　…(省略)...
　　00401AB0 |MOV DL,BYTE PTR DS:[ECX+417D9F]
　　00401AB6 |MOV BYTE PTR DS:[EAX+417BA3],DL
　　00401ABC |ADD EAX,4
　　00401ABF |CMP EAX,38 这里进行密钥变换
　　…(省略)...
　　00401BFF ||MOVSX ECX,BYTE PTR DS:[EAX+412215]
　　00401C06 ||MOV CL,BYTE PTR DS:[ECX+417D9F]
　　00401C0C ||MOV BYTE PTR DS:[EAX+417BA5],CL
　　00401C12 ||ADD EAX,6
　　00401C15 ||CMP EAX,30 这里产生48位的子密钥
　　00401C18 |/JL SHORT Crackme1.00401BA0
　　00401C1A |MOV EAX,DWORD PTR SS:[ESP+14]
　　00401C1E |MOV EDI,EAX
　　00401C20 |MOV ECX,0C
　　00401C25 |MOV ESI,Crackme1.00417BA0
　　00401C2A |REP MOVS DWORD PTR ES:[EDI],DWORD PTR D>
　　00401C2C |MOV EDI,DWORD PTR SS:[ESP+10]
　　00401C30 |ADD EAX,30 下一组子密钥
　　00401C33 |INC EDI
　　00401C34 |CMP EAX,Crackme1.00417B90 这里进行16次的生成子密钥过程
　　00401C39 |MOV DWORD PTR SS:[ESP+10],EDI
　　…(省略)...
　　可以看到8位密钥为：1,9,8,0,9,1,7,0
　　2、对数据处理的过程，跟进004024C7 CALL Crackme1.00402050，到如下代码：
　　00402072 |MOV BYTE PTR DS:[EAX+417E30],DL
　　00402078 |INC EAX
　　00402079 |CMP EAX,40 这里取得64位数据
　　0040207C /JL SHORT Crackme1.00402060
　　…(省略)...
　　004020C6 |MOV BYTE PTR DS:[EAX+417BA3],DL
　　004020CC |ADD EAX,4
　　004020CF |CMP EAX,40 进行第一次变换
　　004020D2 /JL SHORT Crackme1.00402080
　　004020D4 MOV AL,BYTE PTR SS:[ESP+20]
　　004020D8 TEST AL,AL
　　004020DA MOV ECX,10
　　…(省略)...
　　00402191 MOV EBP,DWORD PTR DS:[415094] ; Crackme1.00417E30
　　00402197 SUB EAX,EBP 这里对变换后的数据分为两部分
　　00402199 MOV DWORD PTR SS:[ESP+10],EAX
　　0040219D MOV DWORD PTR SS:[ESP+20],Crackme1.00417B60
　　004021A5 /MOV EAX,DWORD PTR SS:[ESP+20]
　　004021A9 |MOV ECX,8
　　004021AE |MOV ESI,EBP
　　004021B0 |MOV EDI,Crackme1.00417E10
　　004021B5 |PUSH EAX 这里用上面生成的子密钥来解密数据
　　004021B6 |MOV EBX,EBP
　　…(省略)...
　　004021FF |SUB EAX,30 下一个子密钥
　　00402202 |CMP EAX,Crackme1.00417890 这里将循环16次，典型的DES加解密过程
　　00402207 |MOV ECX,8
　　0040220C |MOV ESI,Crackme1.00417E10
　　00402211 |REP MOVS DWORD PTR ES:[EDI],DWORD PTR DS:[ESI>
　　…(省略)...
　　0040225A |MOV BYTE PTR DS:[EAX+417BA2],DL
　　00402260 |MOV DL,BYTE PTR DS:[ECX+417E2F]
　　00402266 |MOV BYTE PTR DS:[EAX+417BA3],DL
　　0040226C |ADD EAX,4
　　0040226F |CMP EAX,40 这里是未置换
　　00402272 /JL SHORT Crackme1.00402220
　　00402274 MOV EBP,DWORD PTR SS:[ESP+18]
　　00402278 MOV ECX,10
　　0040227D MOV ESI,Crackme1.00417BA0
　　…(省略)...
　　有兴趣的读者可以参考DES算法来理解上面的过程。
　　Crackme总结
　　要找到注册码，应该：对机器码生成的md5值，取前面16位，再用DES加密这16位字符，加密后的十六进制值即为注册码。如：机器码2747318257，变换后的md5值为7828e8ca43f7d8329ead4c1f aa39c1ec，取前16位7828e8ca43f7d832十六进制值(37 38 32 38 65 38 63 61 34 33 66 37 64 38 33 32)用DES加密后数据为5041a5d06937f8f73f87e68a0e7d2810，此即为真正的注册码。
　　 DES算法的安全性
　　一.安全性比较高的一种算法,目前只有一种方法可以破解该算法,那就是穷举法.
　　二.采用64位密钥技术,实际只有56位有效,8位用来校验的.譬如,有这样的一台PC机器,它能每秒计算一百万次,那么256位空间它要穷举的时间为2285年.所以这种算法还是比较安全的一种算法.
　　TripleDES。该算法被用来解决使用 DES 技术的 56 位时密钥日益减弱的强度，其方法是：使用两个独立密钥对明文运行 DES 算法三次，从而得到 112 位有效密钥强度。TripleDES 有时称为 DESede（表示加密、解密和加密这三个阶段）。

 

 

 //MYH.h部分 #ifndef MYH_H_INCLUDED #define MYH_H_INCLUDED #define MAX_LEN 128 typedef unsigned __int64 KEY; const KEY ONE = 1u; const KEY BASE28 = 268435455u; const KEY BASE32 = 4294967295u; const KEY BASE6 = 63u; const int Ip[8][8] = { {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} }; const int IpRev[8][8] = { {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} }; const int E[8][6] = { {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} }; const int P[4][8] = { {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}, }; const int PcOne[8][7] = { {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} }; const int PcTwo[8][6] = { {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} }; const int LeftMove[16] = {1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1}; const int S[8][4][16] = { { {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} }, { {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} }, { {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} }, { {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} }, { {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} }, { {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} }, { {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} }, { {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} } }; #endif // MYH_H_INCLUDED //main函数部分 #include <iostream> #include "MyH.h" using namespace std; KEY SonKey[16]; void PrintB(KEY key,int len) { for (int i = len - 1;i >= 0;i--) { if ((i + 1) % 8 == 0) printf(" "); if (key & (ONE << i)) printf("1"); else printf("0"); } printf("/n"); } KEY GetTheKey(int cho) { KEY key; printf("/n请输入一个整型数作为%s密钥:",cho == 0 ? "加密" : "解密"); scanf("%I64u",&key); return key; } KEY GetTheIn() { KEY key; printf("请输入一个整型数作为明文:"); scanf("%I64u",&key); return key; } KEY SelectKeyOne(KEY key) { int count = 56; KEY newKey = 0; for (int i = 0;i < 8;i++) for (int j = 0;j < 7;j++) newKey |= ((key & (ONE << (64 - PcOne[i][j]))) >> (64 - PcOne[i][j])) << (--count); return newKey; } KEY SelectKeyTwo(KEY key) { int count = 48; KEY son = 0; for (int i = 0;i < 8;i++) for (int j = 0;j < 6;j++) son |= ((key & (ONE << (56 - PcTwo[i][j]))) >> (56 - PcTwo[i][j])) << (--count); return son; } void GetSonKey(KEY newKey) { KEY C0,D0; C0 = (newKey & (BASE28 << 28)) >> 28; D0 = newKey & BASE28; for (int i = 0;i < 16;i++) { C0 = (C0 << LeftMove[i]) | (C0 >> (28 - LeftMove[i])); D0 = (D0 << LeftMove[i]) | (D0 >> (28 - LeftMove[i])); C0 &= BASE28; D0 &= BASE28; SonKey[i] = SelectKeyTwo((C0 << 28) | D0); } } KEY IpExchange(KEY in) { int count = 64; KEY newIn = 0; for (int i = 0;i < 8;i++) for (int j = 0;j < 8;j++) newIn |= ((in & (ONE << (64 - Ip[i][j]))) >> (64 - Ip[i][j])) << (--count); return newIn; } KEY EExchange(KEY RIn) { int count = 48; KEY newRIn = 0; for (int i = 0;i < 8;i++) for (int j = 0;j < 6;j++) newRIn |= ((RIn & (ONE << (32 - E[i][j]))) >> (32 - E[i][j])) << (--count); return newRIn; } KEY PExchange(KEY Ekey) { int count = 32; KEY Pkey = 0; for (int i = 0;i < 4;i++) for (int j = 0;j < 8;j++) Pkey |= ((Ekey & (ONE << (32 - P[i][j]))) >> (32 - P[i][j])) << (--count); return Pkey; } KEY IpRevExchange(KEY RL) { int count = 64; KEY kKey = 0; for (int i = 0;i < 8;i++) for (int j = 0;j < 8;j++) kKey |= ((RL & (ONE << (64 - IpRev[i][j]))) >> (64 - IpRev[i][j])) << (--count); return kKey; } KEY ResFromS(KEY inS,int index) { KEY sKey; int col = (inS & 30u) >> 1; int row = ((inS & (1 << 5)) >> 4) | (inS & 1); sKey = S[index][row][col]; return sKey; } KEY SFunc(KEY RIn,KEY sonKey) { int count = 0; KEY newRes = 0; KEY newRIn = EExchange(RIn) ^ sonKey; for (int i = 7;i >= 0;i--) { newRes |= ResFromS(newRIn & BASE6,i) << (count * 4); newRIn >>= 6; count++; } newRes = PExchange(newRes); return newRes; } KEY Encryption(KEY inKey) { KEY L0,R0,L,R,in; in = IpExchange(inKey); L0 = (in & (BASE32 << 32)) >> 32; R0 = in & BASE32; for (int i = 0;i < 16;i++) { L = R0; R = L0 ^ SFunc(R0,SonKey[i]); L0 = L; R0 = R; } return IpRevExchange((R << 32) | L); } KEY Decryption(KEY outKey) { KEY L0,R0,L,R,in; in = IpExchange(outKey); L0 = (in & (BASE32 << 32)) >> 32; R0 = in & BASE32; for (int i = 15;i >= 0;i--) { L = R0; R = L0 ^ SFunc(R0,SonKey[i]); L0 = L; R0 = R; } return IpRevExchange((R << 32) | L); } int Menu() { int choose; printf("1、文件加密/n/n"); printf("2、文件解密/n/n"); printf("3、退出/n/n"); printf("请输入你的想选项："); scanf("%d",&choose); while (choose != 1 && choose != 2 && choose != 3) { printf("/n选项不存在，请重新输入："); scanf("%d",&choose); } return choose; } int main() { int cho; char fname1[MAX_LEN],fname2[MAX_LEN]; KEY secretKey,inKey,outKey; while ((cho = Menu()) != 3) { if (cho == 1) { printf("/n请输入你要加密的明文文件名："); scanf("%s",fname1); printf("/n请输入你要创建的密文文件名："); scanf("%s",fname2); secretKey = GetTheKey(0); GetSonKey(SelectKeyOne(secretKey)); FILE * fpr = fopen(fname1,"rb"); if (!fpr) { printf("/n打开明文文件失败！/n"); exit(0); } FILE * fpw = fopen(fname2,"wb"); if (!fpw) { printf("/n创建密文文件失败！/n"); exit(0); } while (inKey = 0,fread(&inKey,1,sizeof(KEY),fpr)) { outKey = Encryption(inKey); fwrite(&outKey,sizeof(KEY),1,fpw); } fclose(fpw); fclose(fpr); printf("/n文件加密成功！/n/n"); } else { printf("/n请输入你要解密的密文文件名："); scanf("%s",fname1); printf("/n请输入你要创建的明文文件名："); scanf("%s",fname2); secretKey = GetTheKey(1); GetSonKey(SelectKeyOne(secretKey)); FILE * fpr = fopen(fname1,"rb"); if (!fpr) { printf("/n打开明文文件失败！/n"); exit(0); } FILE * fpw = fopen(fname2,"wb"); if (!fpw) { printf("/n创建密文文件失败！/n"); exit(0); } while (inKey = 0,fread(&inKey,1,sizeof(KEY),fpr)) { outKey = Decryption(inKey); fwrite(&outKey,sizeof(KEY),1,fpw); } fclose(fpw); fclose(fpr); printf("/n文件解密成功！/n/n"); } } return 0; }