Алгоритм формирования ключей в процессе функционирования DES
Кафедра: АСОИиУ
Лабораторная работа
«Алгоритм формирования ключей в процессе функционирования DES»
по дисциплине
«Методы и средства защиты информации»
Москва 2009 г.
Оглавление
Техническое задание 3
Алгоритм формирования ключей в процессе функционирования DES. 3
Работа алгоритма 4
1 шаг. Перестановки битов ключа с использованием таблицы перестановок. 5
2 шаг. Разбиение ключа. 6
3 шаг. Создание 16-ти подключей путем сдвига. 7
4 шаг. Перестановка битов ключа с использованием таблицы PC1. 8
Исходный код 9
Пример работы программы 15
Техническое задание
Реализовать алгоритм формирования ключей в процессе функционирования DES на языке программирования C++.
Провести тест программы.
Алгоритм формирования ключей в процессе функционирования DES
Формирование ключей – алгоритм, позволяющий получить по относительно короткому ключу шифрования последовательность раундовых ключей.
Входные данные: Ключ состоит из 8 символов или 8 байт. Соответственно ключ имеет размер 64 байта. Но размер ключа используется только для записи (для организации данных). Фактически, каждый 8 бит отбрасывается и эффективный размер ключа – 56 бит.
Работа алгоритма
1 шаг. Перестановки битов ключа с использованием таблицы перестановок.
Для примера введем:
olga1234
Заданный ключ в двоичном представлении:
0110111101101100011001110110000100110001001100100011001100110100
В начале над ключом шифра выполняется операция B, которая сводится к выбору определенных бит и их перестановке, как это показано в таблицей. Причем, первые четыре строки определяют, как выбираются биты последовательности C(0) (первым битом C(0) будет бит 57 бит ключа шифра, затем бит 49 и т.д., а последними битами биты 44 и 36 ключа шифра), а следующие четыре строки – как выбираются биты последовательности D(0) (т.е. последовательность D(0) будем состоять из битов 63,55,…, 12, 4 ключа шифра).
|
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 |
В результате перестановки ключ будет выглядеть так:
00001111111111111111000000000101110101100101100001110011
2 шаг. Разбиение ключа
На этом шаге осуществляется разбиение ключа на 2 половины C>0> и D>0>. Каждая половина содержит 28 бит.
C>0>:
0000111111111111111100000000
D>0>:
0101110101100101100001110011
3 шаг. Создание 16-ти подключей путем сдвига
После определения C(0) и D(0) рекурсивно определяются C(i) и D(i), i=1,2,…, 16. Для этого применяются операции сдвига влево на один или два бита в зависимости от номера шага итерации, как это показано в таблице «Функция сдвига Si». Операции сдвига выполняются для последовательностей C(i) и D(i) независимо. Например, последовательность C(3) получается, посредством сдвига влево на две позиции последовательности C(2), а последовательность D(3) – посредством сдвига влево на две позиции последовательности D(2). Следует иметь в виду, что выполняется циклический сдвиг влево. Например, единичный сдвиг влево последовательности C(i) приведет к тому, что первый бит C(i) станет последним и последовательность бит будет следующая: 2,3,…, 28,1.
Таблица «Функция сдвига Si»
|
1 |
1 |
|
2 |
1 |
|
3 |
2 |
|
4 |
2 |
|
5 |
2 |
|
6 |
2 |
|
7 |
2 |
|
8 |
2 |
|
9 |
1 |
|
10 |
2 |
|
11 |
2 |
|
12 |
2 |
|
13 |
2 |
|
14 |
2 |
|
15 |
2 |
|
16 |
1 |
В результате сдвига получаем следующие пары
|
Количество сдвигов |
Созданные пары |
|
1 |
C>1>: 0001111111111111111000000000 D>1>: 1011101011001011000011100110 |
|
1 |
C>2>: 0011111111111111110000000000 D>2>: 0111010110010110000111001101 |
|
2 |
C>3>: 1111111111111111000000000011 D>3>: 1101011001011000011100110111 |
|
2 |
C>4>: 1111111111111100000000001111 D>4>: 0101100101100001110011011101 |
|
2 |
C>5>: 1111111111110000000000111111 D>5>: 0110010110000111001101110101 |
|
2 |
C>6>: 1111111111000000000011111111 D>6>: 1001011000011100110111010110 |
|
2 |
C>7>: 1111111100000000001111111111 D>7>: 0101100001110011011101011001 |
|
2 |
C>8>: 1111110000000000111111111111 D>8>: 0110000111001101110101100101 |
|
1 |
C>9>: 1111100000000001111111111111 D>9>: 1100001110011011101011001011 |
|
2 |
C>10>: 1110000000000111111111111111 D>10>: 0000111001101110101100101100 |
|
2 |
C>11>: 1000000000011111111111111110 D>11>: 0011100110111010110010110000 |
|
2 |
C>12>: 0000000001111111111111111000 D>12>: 1110011011101011001011000011 |
|
2 |
C>13>: 0000000111111111111111100000 D>13>: 1001101110101100101100001110 |
|
2 |
C>14>: 0000011111111111111110000000 D>14>: 0110111010110010110000111001 |
|
2 |
C>15>: 0001111111111111111000000000 D>15>: 1011101011001011000011100110 |
|
1 |
C>16>: 0011111111111111110000000000 D>16>: 0111010110010110000111001101 |
4 шаг. Перестановка битов ключа с использованием таблицы PC1
До финальной перестановки битов ключей, необходимо слияние каждой пары данных. После того, как для каждого битового блока C>n>D>n>, где 1<=n<=16 осуществиться соответствующая перестановка по таблице (см ниже), формируя ключи. Только 48 бит каждой объединенной пары сохраняется в перестановленном ключе.
|
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 |
Все подключи:
K>1>: 111001111101001101110010001100110001010011011101
K>2>: 111001101101001101110011111011100011011001010110
K>3>: 101011111101001111011011001111011110001011101010
K>4>: 001111100101001111011011011101001101110001000011
K>5>: 001111100101100111011001100011101010010001111110
K>6>: 000111110110100111011101101010011111111011000000
K>7>: 000111100110110110011101011111001100011000110011
K>8>: 010111100010110110101101100111110100110001001110
K>9>: 010110111010110110101101010001010001111010110110
K>10>: 110110001010110010101111110110010010100011111001
K>11>: 111100001010111010100110001000111101101000011101
K>12>: 111100011011111000100110000101110011010010110110
K>13>: 111000011011011001110110111010010000100011100101
K>14>: 111001001101011001110110010001101110101010011111
K>15>: 111001111101001101110010001100110001010011011101
K>16>: 111001101101001101110011111011100011011001010110
Исходный код
#include <stdio.h>
#include<math.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
int main (int argc, char *argv[]) {
int
i, b, y, r, j, v, p, m, l, f, u, k, a, s, q, D[100] [100], Y[100] [100], U[100] [100], X[1000] [1000], E[100] [100], G[100] [100], W[100] [100], P[100] [1 $
double z;
int key[16]={1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};
char A[1000];
char B[200];
char N[200];
char T[200];
char C[1000];
char Z[43];
char R[43];
char L[43];
char *str2;
char *str;
char *str1;
char *str3;
char *str4;
char *str5;
char d[100];
printf («\nVvedite key\n»);
str=(char *) (malloc(1000));
for (i=0; i<1000; i++) {
scanf («%c»,&str[i]);
if (str[i]==(char) 10) {
m=i;
break;
}
if (str[i]==(char) 32) {
str[i]=157;}
}
if (m!=8) {
printf («\nKey neveren\n»);
}
for (i=0; i<m; i++) {
A[i]=str[i];}
for (i=0; i<m; i++) {
B[i]=(int) A[i];
printf («%d\n», B[i]);
}
for (i=0; i<m; i++) {
f=B[i];
for (j=0; j<8; j++) {
if (f<1) {
X[j] [i]=0;
goto Metka;}
s=f/2;
/*printf («%d», s);*/
z=fmod (f, 2);
if (z!=0)
X[j] [i]=1;
else
X[j] [i]=0;
f=s;
Metka:printf («%d», X[j] [i]);}
printf («\n»);
}
printf («\n»);
k=0;
for (i=0; i<m; i++) {
k=i*8;
for (j=0; j<8; j++) {
N [j+k]=X [8-j-1] [i];
}
}
for (i=0; i<64; i++) {
printf («%d», N[i]);}
printf («\n»);
C[0]=N[57]; C[1]=N[49]; C[2]=N[41]; C[3]=N[33]; C[4]=N[25]; C[5]=N[17]; C[6]=N[9]; C[7]=N[1];
C[8]=N[58]; C[9]=N[50]; C[10]=N[42]; C[11]=N[34]; C[12]=N[26]; C[13]=N[18]; C[14]=N[10];
C[15]=N[2]; C[16]=N[59]; C[17]=N[51]; C[18]=N[43]; C[19]=N[35]; C[20]=N[27]; C[21]=N[19];
C[22]=N[11]; C[23]=N[3]; C[24]=N[60]; C[25]=N[52]; C[26]=N[44]; C[27]=N[36]; C[28]=N[63];
C[29]=N[55]; C[30]=N[47]; C[31]=N[39]; C[32]=N[31]; C[33]=N[23]; C[34]=N[15]; C[35]=N[7];
C[36]=N[62]; C[37]=N[54]; C[38]=N[46]; C[39]=N[38]; C[40]=N[30]; C[41]=N[22]; C[42]=N[14];
C[43]=N[6]; C[44]=N[61]; C[45]=N[53]; C[46]=N[45]; C[47]=N[37]; C[48]=N[29]; C[49]=N[21];
C[50]=N[13]; C[51]=N[5]; C[52]=N[28]; C[53]=N[20]; C[54]=N[12]; C[55]=N[4];
for (i=0; i<56; i++) {
printf («%d», C[i]);
}
for (i=0; i<56; i++) {
if (i<28) {
Z[i]=C[i];}
if (i>27) {
R [i-28]=C[i];}
}
printf («\n»);
for (i=0; i<28; i++) {
printf («%d», Z[i]);}
printf («\n»);
for (i=0; i<28; i++) {
printf («%d», R[i]);}
printf («\n»);
printf («\n»);
for (j=0; j<16; j++) {
v=key[j];
for (i=0; i<28; i++) {
if (v==2) {
Y[26] [j]=Z[0];
Y[27] [j]=Z[1];
U[26] [j]=R[0];
U[27] [j]=R[1];
}
if (v==1) {
Y[27] [j]=Z[1];
U[27] [j]=R[1];
}
if (i<(28-v)) {
Y[i] [j]=Z [i+v];
U[i] [j]=R [i+v];}
Z[i]=Y[i] [j];
R[i]=U[i] [j];
/*printf («%d», U[i] [j]);*/
}
/*printf («\n»);*/
}
for (j=0; j<16; j++) {
for (i=0; i<56; i++) {
if (i<28) {
W[i] [j]=Y[i] [j];}
if (i>27) {
W[i] [j]=U [i-28] [j];}
printf («%d», W[i] [j]);
}
printf («\n»);
}
for (j=0; j<16; j++) {
P[0] [j]=W[14] [j]; P[1] [j]=W[17] [j]; P[2] [j]=W[11] [j]; P[3] [j]=W[24] [j]; P[4] [j]=W[1] [j]; P[5] [j]=W[5] [j];
P[6] [j]=W[3] [j]; P[7] [j]=W[28] [j]; P[8] [j]=W[15] [j]; P[9] [j]=W[6] [j]; P[10] [j]=W[21] [j]; P[11] [j]=W[10] [j];
P[12] [j]=W[23] [j]; P[13] [j]=W[19] [j]; P[14] [j]=W[12] [j]; P[15] [j]=W[4] [j]; P[16] [j]=W[26] [j]; P[17] [j]=W[8] [j];
P[18] [j]=W[16] [j]; P[19] [j]=W[7] [j]; P[20] [j]=W[27] [j]; P[21] [j]=W[20] [j]; P[22] [j]=W[13] [j]; P[23] [j]=W[2] [j];
P[24] [j]=W[41] [j]; P[25] [j]=W[52] [j]; P[26] [j]=W[31] [j]; P[27] [j]=W[37] [j]; P[28] [j]=W[47] [j]; P[29] [j]=W[55] [j];
P[30] [j]=W[30] [j]; P[31] [j]=W[40] [j]; P[32] [j]=W[51] [j]; P[33] [j]=W[45] [j]; P[34] [j]=W[33] [j]; P[35] [j]=W[48] [j];
P[36] [j]=W[44] [j]; P[37] [j]=W[49] [j]; P[38] [j]=W[39] [j]; P[39] [j]=W[56] [j]; P[40] [j]=W[34] [j]; P[41] [j]=W[53] [j];
P[42] [j]=W[46] [j]; P[43] [j]=W[42] [j]; P[44] [j]=W[50] [j]; P[45] [j]=W[36] [j]; P[46] [j]=W[29] [j]; P[47] [j]=W[32] [j];
}
for (j=0; j<16; j++) {
for (i=0; i<48; i++) {
printf («%d», P[i] [j]);
}
printf («\n»);
}
}
Пример работы программы
