Основные режимы работы алгоритма DES

2. Основные режимы работы алгоритма DES

 

Алгоритм DES вполне подходит как для шифрований, так и для аутентификации данных. Он позволяет непосредственно преобразовывать 64-битовый входной открытый текст в 64-битовый выходной шифрованный текст, однако данные редко ограничиваются 64 разрядами.

Чтобы воспользоваться алгоритмом DES для решения разнообразных криптографических задач, разработаны четыре рабочих режима:

-электронная кодовая книга ЕСВ (electronic code book);

-сцепление блоков шифра СВС (cipher block chaining);

-обратная связь по шифртексту CFB (cipher feed back);

-обратная связь по выходу OFB (output feed back).

В курсовой работе мы реализовывали режим «электронная кодовая книга». Изучив теорию, можем приступить к практическому рассмотрению алгоритма. Была разработана программа, наглядно показывающая работу алгоритма DES.

 

3. Разработка программной реализации алгоритма

 

В данном разделе курсового проекта приводится описание программного продукта, реализующего алгоритм шифрования DES: показывается логика работы программы, описываются процедуры и функции.

Программа “Research DES” написана на языке программирования высокого уровня C++; при разработке использовалась среда Borland C++ Builder. Исходный текст программы приведен в приложении 1.

Программа представляет собой приложение для операционной системы Windows, которое выполняется следующим образом: пользователь выбирает файл, который содержит необходимое для шифрования сообщение. Получив имя файла, программа открывает его, производит необходимые действия над данными, и записывает полученный результат в нужный пользователю файл.

Предлагаемый программный продукт содержит следующие компоненты:

а) Основной файл mainform.cpp.

б) Алгоритм преобразования исходного сообщения.

в) Алгоритм преобразования входных данных.

Пользователю предлагается ввести ключ, который может быть представлен в двоичном, шестнадцатеричном или текстовом виде. Затем необходимо выбрать источник данных: файл или строка. При шифровании строки, пользователь вводит необходимую информацию, и нажимает кнопку «старт». Вывод зашифрованной информации осуществляется в свободное поле. При шифровании файла, пользователь указывает необходимый файл, выбирает конечный файл и нажимает кнопку «старт». Зашифрованная информация записывается в указанный пользователем конечный файл.

Заключение

В процессе разработки курсового проекта были получены навыки работы и программирования приложений на языке C++ в среде Borland C++ Builder. В результате работы над проектом получена работоспособная программа, реализующая шифрование по алгоритму DES в режиме «электронная кодовая книга». Данный продукт может использоваться как учебное пособие, или для домашнего пользования. Симметричные алгоритмы шифрования еще долго будут актуальны.

 

Список использованных источников

1. Ю.В.Романец, П.А. Тимофеев, В.Ф. Шаньгин Защита информации в компьютерных системах и сетях: Радио и связь: Москва, 1999. - 328 с.

2 Брюс Шнайер, Прикладная криптография: БХВ-Питер: Санкт-Петербург,2004.-718 с.

 

Приложение А

Листинг программы А.1 –mainform.cpp

#include <vcl.h>

#pragma hdrstop

#include "DESAlgorithms.h"

#include "MainForm.h"

#pragma package(smart_init)

#pragma link "SHDocVw_OCX"

#pragma link "DataFrame"

#pragma resource "*.dfm"

TMainDialogForm *MainDialogForm;

__fastcall TMainDialogForm::TMainDialogForm(TComponent* Owner)

: TForm(Owner)

{

KeysDataFrame->EditLeft = 80;

KeysDataFrame->AddField("Ключ", false);

SrcDataFrame->EditLeft = 100;

SrcDataFrame->AddField("Входная строка", false);

SrcDataFrame->AddField("Результат", true);

}

void __fastcall TMainDialogForm::BrowseInpFilePathButtonClick(TObject *Sender)

{

if (OpenDialog->Execute()) InpFilePathEdit->Text = OpenDialog->FileName;

}

void __fastcall TMainDialogForm::BrowsOutFilePathButtonClick(

TObject *Sender)

{

if (SaveDialog->Execute()) OutFilePathEdit->Text = SaveDialog->FileName;

}

void __fastcall TMainDialogForm::AutoStartButtonClick(TObject *Sender)

{

DESAlg.Key = KeysDataFrame->Field["Ключ"];

if ( IsCryptRadioButton->Checked ) DESAlg.Crypt = true;

else DESAlg.Crypt = false;

if (SourcePageControl->ActivePage == StringSrcSheet) {

//Входные данные берем из строки "Входная строка"

DESAlg.Data = SrcDataFrame-> Field["Входная строка"];

}

else if (SourcePageControl->ActivePage == FileSrcSheet) {

//Входные данные берем из файла, путь к которому находится в

//InpFilePathEdit

DESAlg.Data = ReadAnsiStringFromFile( InpFilePathEdit->Text );

}

DESAlg.Exectute();

if (SourcePageControl->ActivePage == StringSrcSheet) {

SrcDataFrame->Field["Результат"] = DESAlg.Data;

}

else if (SourcePageControl->ActivePage == FileSrcSheet) {

//Выходные данные записываем в файл, путь к которому находится в

//OutFilePathEdit

if (WriteAnsiStringToFile( DESAlg.Data, OutFilePathEdit->Text )) {

MessageBox(this->Handle,

((AnsiString)"Данные успешно записаны в файл\n" +

OutFilePathEdit->Text).c_str(), this->Caption.c_str(),

MB_ICONINFORMATION | MB_OK );

}

}

}

//Чтение файла в AnsiString

AnsiString __fastcall TMainDialogForm::ReadAnsiStringFromFile(

AnsiString FileName)

{

AnsiString Result;

try {

TFileStream *in = new TFileStream(FileName, fmOpenRead); //открываем файл

if( in != NULL ) {

int size = in->Size;

if( size != 0 ) {

try {

Result.SetLength(size);

in->Read((void *)(Result.data()), size);

}

catch( EOutOfMemory& ) {}

delete in;

}

}

}

catch ( EStreamError& ) {

MessageBox(this->Handle, ( (AnsiString)

"Не удается прочитать данные из файла:\n" + FileName).c_str(),

"Ошибка чтения файла", MB_ICONERROR | MB_OK );

return "";

}

return Result;

}

//Запись в файл из AnsiString

bool __fastcall TMainDialogForm::WriteAnsiStringToFile(AnsiString String,

AnsiString FileName)

{

try {

TFileStream *out = new TFileStream(FileName, fmCreate); // открываем файл

if( out != NULL ) {

if( String.Length() != 0 ) {

try {

out->Write((void *)(String.data()), String.Length());

}

catch( EOutOfMemory& ) {}

delete out;

}

}

}

catch (EStreamError&) {

MessageBox(this->Handle, ((AnsiString)

"Не удается записать данные в файл:\n" + FileName).c_str(),

"Ошибка записи файла",

MB_ICONERROR | MB_OK );

return false;

}

return true;

}

Листинг программы А.2 –des.cpp

#include <vcl.h>

#pragma hdrstop

#include "DES.h"

#pragma package(smart_init)

//Извлечение бита из массива символов

int get_bit (unsigned char *data, int num)

{

return (int)((data[num/8] & (1 << (7 - (num % 8)))) != 0);

}

//Установка бита в массиве символов

void set_bit (unsigned char *data, int num, int bit)

{

if (bit == 1)//Нужно бит установить в 1

data[num/8] |= 1 << (7 - (num % 8));

else//Нужно бит сбросить в 0

data[num/8] &= ~(1 << (7 - (num % 8)));

}

//Циклический сдвиг влево массива data из num_elem элементов на num_shift

//позиций

void shift_left (unsigned char *data, int num_elem, int num_shift)

{

int save_bit;

for (int k=0; k < num_shift; ++k)

{

save_bit = get_bit(data, 0);

for (int i=0; i < num_elem - 1; ++i)

{

data[i] <<= 1;

set_bit(&data[i], 7, get_bit(&data[i+1], 0));

}

data[num_elem-1] <<=1;

set_bit (&data[num_elem-1], 7, save_bit);

}

}

//Циклический сдвиг вправо массива data из num_elem элементов на num_shift

//позиций

void shift_right (unsigned char *data, int num_elem, int num_shift)

{

int save_bit;

for (int k=0; k < num_shift; ++k)

{

save_bit = get_bit(&data[num_elem-1], 7);

for (int i=num_elem - 1; i >= 1 ; --i)

{

data[i] >>= 1;

set_bit(&data[i], 0, get_bit(&data[i-1], 7));

}

data[0] >>=1;

set_bit (&data[0], 0, save_bit);

}

}

//Циклический сдвиг влево массива data из 28 элементов (сдвиг ключа) на \

//num_shift позиций

void shift_left_key (unsigned char *key, int num_shift)

{

int save_bit;

for (int i=0; i<num_shift; ++i)

{

shift_left(key, 7, 1);

save_bit=get_bit(key, 27);

set_bit(key, 27, get_bit(key, 55));

set_bit(key, 55, save_bit);

}

}

//Циклический сдвиг влево массива data из 28 элементов (сдвиг ключа) на

//num_shift позиций

void shift_right_key (unsigned char *key, int num_shift)

{

int save_bit;

for (int i=0; i<num_shift; ++i)

{

shift_right(key, 7, 1);

save_bit=get_bit(key, 0);

set_bit(key, 0, get_bit(key, 28));

set_bit(key, 28, save_bit);

}

}

//Обменивает биты в соответсвии с таблицами перестановки

//data_src - входной массив данных. Если NULL тогда данные берутся из data_des

//data_des - входной/выходной массив данных.

//transposition_table - таблица перестановки

//num - кол-во элементов / 8 в data_des и элементов в transposition_table

void transposition (unsigned char *data_des, unsigned char *data_src,

int *transposition_table, int num)

{

bool delete_mem=false;

if (data_src==NULL)

{

data_src = new unsigned char[num / 8];

memcpy(data_src, data_des, num / 8);

delete_mem=true;

}

for (int i=0; i<num; ++i)

set_bit(data_des, i, get_bit(data_src, transposition_table[i] - 1));

if (delete_mem) delete [] data_src;

}

//Возвращает значение S-подстановки

int get_S_substitution (int inp, int *S_table)

{

int string=0;//Строка в таблице

int column=0;//Столбец в таблице

string = get_bit((unsigned char*)(&inp), 2) |

get_bit((unsigned char *)(&inp), 5) << 1 ;

column = get_bit((unsigned char*)(&inp), 3) |

get_bit((unsigned char *)(&inp), 4) << 1 |

get_bit((unsigned char *)(&inp), 5) << 2 |

get_bit((unsigned char *)(&inp), 6) << 3;

return S_table[string * 16 + column];

}

//Реализует алгоритм подстановки S-блоков

void S_block (unsigned char *dest, unsigned char *src)

{

int S_inp;//6 бит, подающиеся на вход в S-блок

int S_out;//4 бита, получаемые из S-блока

for (int i=0; i<4; ++i) dest[i]=0;

for (int i=0; i<8; ++i)

{

shift_left (src, 6, i);

S_inp=(src[0] >> 2) & 0x3F;

S_out=get_S_substitution(S_inp, table_S_block[i]);

dest[i/2] |= S_out << (((i + 1) % 2) * 4);

}

}

//Сам алгоритм DES. i_key - 64 бита (8 байт) (с битами четности); data - 64 бита

//Алгоритм используется как при шифровании, так и при дешифровании. Ключ при

//дешифровании менять самим. При decode==false - зашифровка, если ==true -

//расшифровка

void DES_algorithm (unsigned char *i_key, unsigned char *data,

bool decode=false)

{

unsigned char key[7]; //Ключ без битов четности

unsigned char Li[4]; //сохраненная левая половина данных

unsigned char small_key[6]; //ключ после перестановки со сжатием

unsigned char big_data[6]; //данные после перестановки с расширением

unsigned char small_data[4]; //данные после подстановки с помощью

//S-блоков

//Перестановка ключа (+ избавление от 8х битов)

transposition (key, i_key, table_key_initial_transposition, 56);

//Первоначальная перестановка данных

transposition (data, NULL, table_initial_transposition, 64);

for (int i=0; i<16; ++i)

{

//Сохранение Li (берется из правой части)

memcpy(Li, &data[4], 4);

//Сдвиг ключа

if (!decode)

{

shift_left_key (key, table_shift_key[i]); //При зашифровке

}

else

{

shift_right_key (key, table_shift_key_right[i]); //При расшифровке

}

//Перестановка ключа со сжатием

transposition (small_key, key,

table_transposition_with_compression, 48);

//Перестановка данных с расширением

transposition (big_data, &data[4],

table_transposition_with_extension, 48);

//Сложение данных XOR с ключом

for (int k=0; k<6; ++k)big_data[k]^=small_key[k];

//Подстановка с помощью S-блоков

S_block (small_data, big_data);

//Перестановка данных с помощью P-блоков

transposition (small_data, NULL, table_transposition_P_block, 32);

//Сложение XOR данных левой и правой частей

for (int k=0; k<4; ++k) small_data[k] ^= data[k];

//Запись в data полученных результатов

memcpy(&data[0], Li, 4);

memcpy(&data[4], small_data, 4);

}

//Заключительный обмен полученных результатов

memcpy(Li, &data[0], 4);

memcpy(&data[0], &data[4], 4);

memcpy(&data[4], Li, 4);

//Заключительная перестановка

transposition (data, NULL, table_final_transposition, 64);

}