基于DES算法的文件加解密的Java实现.docVIP

目 录 一、DES算法简介 1 二、DES算法模型 1 三、DES算法实现 2 3.1、DES算法框架 2 3.2、DES算法流程 3 3.2.1 初始置换函数IP 3 3.2.2 获取子密钥Ki及迭代 3 3.2.3 密码函数F的执行 4 3.2.4 逆置换IP-1 6 四、本次方案实现功能 7 五、部分模块实现代码 7 5.1、密钥模块 7 5.2、文件加密模块 9 5.3、文件解密模块 10 5.4、GUI模块 11 六、程序调试 13 七、总结 15 一、DES算法简介 1973年5月15日，美国国家标准局（现在美国国家标准技术研究所（NIST））在联邦注册报上发表一则启事，公开征集用来保护传输和静止存储中的计算机数据的密码算法，这一举措最终导致了数据加密标准DES的出现。DES算法是由IBM开发的一种对称加密算法，它采用分组乘积密码体制，是对早期被称为Lucifer 密码体制的改进。 DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位二进制，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要进行加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式，有加密和解密2种。Mode为加密，则用Key去把数据Data进行加密，生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式（64位）作为DES的输出结果。 二、DES算法模型 DES算法是一种对称加密算法，其基本模型如下图所示。 图1 基于DES算法的消息传递模型 甲乙双方作为消息传递双方（甲方发送，乙方接收），假定甲乙双方在消息传递前已商定加密算法，则欲完成一次消息传递，需经过如下步骤： 由消息传递双方约定密钥，这里由甲方构建密钥。 由密钥构建者公布密钥，这里由甲方公布给乙方。 由消息发送方使用密钥对数据加密，这里由甲方对数据加密。 由消息发送方将加密数据发送给消息接收者，这里由甲方将加密数据发送给乙方。 由消息接收方使用密钥对加密数据解密，这里由乙方完成数据解密。 对称加密算法的优点就是简单易行，通俗易懂。对于上述单向信息传递而言，如果乙方想要回复甲方消息，不需要重复步骤1、2，仅仅需要乙方执行步骤3、4，由甲方执行步骤5即可。 三、DES算法实现 3.1、DES算法框架 DES算法的加密由四个主要函数完成，其分别为：初始置换函数IP，获取子密钥Ki及循环迭代，密码函数F、末置换函数IP-1。 DES的输入的明文长度为64位。初始置换函数IP接受明文输入后，将其分解为左右两部分，其右半部分同子密钥一起输入密码函数F进行运算，其结果再同原明文的左半部分进行与或运算，从而完成一次循环。以相同的步骤经过16次迭代后，其结果通过末置换函数IP-1输出64位的密文。在子密钥的获取过程中，通过密钥置换PC-1获取从K1到K16共16个子密钥，这16个子密钥分别应用于同的16次完全相同的迭代运算中。其总体流程如图2所示。DES的解密算法与加密算法相似，只需要将密钥的应用次序与加密时相反应用即可。 图2 DES加密流程 3.2、DES算法流程 3.2.1 初始置换函数IP 初始置换是把输入的64位数据重新组合搅乱数据原来的顺序，把输出分为L0，R0两部分，每部分位置换规则如下表将原来的第58位到第1位，第50位换到第2位，……以此类推，最后一位是原来的第7位L0和R0是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0是右32位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 表1 初始置换表IP 3.2.2 获取子密钥Ki及迭代 经过了初始置换后的L0和R0进入第一轮子加密过程R0经过一系列的置换得到32位输出，再与L0进行异或(XOR)运算R1，R0则成为下一轮的L1，如此连续运作16轮??? Ri = Li-1 XOR f(Ri-1，Ki)??? Li = Ri-1(i = 1，2，……，16)在每一轮的循环中，右半部分需要经过一系列的子加密过程 子密钥的获取主要通过置换和移位运算来实现。使用者所持有的初始密钥是64位，而DES加密算法的密钥长度为56位。因而首先应当将初始密钥按8行8列进行排列，并将每行的第8位用于奇偶校验，在去掉最后一列的8个校验位后，经过密钥置换函数PC-1变换，生成一个56位的密钥。密钥