基于3DES算法的個人計算機加密系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

劉源源

摘要：DES算法是目前常用的加密算法之一，3DES算法做為DES -個更安全的變形，具有更廣闊的應用范圍。本文系統(tǒng)分析了3DES算法的實現(xiàn)方式，采用vc++設計了一個3DES加密系統(tǒng)，實現(xiàn)對文件和數(shù)據(jù)的加密保護。

關鍵詞：3DES算法;加密系統(tǒng);vc++

中圖分類號：TP309.7

文獻標識碼：A

文章編號：1672 - 9129（ 2018） 12 - 0116 - 02

引言：隨著信息社會的到來，人們在享受信息資源所帶來的巨大利益的同時，也面臨著信息安全的嚴峻考驗。以信息的保密性、完整性和不可否認性為代表的信息安全問題已成為信息化發(fā)展中日益突出的問題。密碼技術是保證數(shù)據(jù)安全的關鍵，它的核心是密碼算法。DES算法是常用的加密算法之一，目前被廣泛應用于金融、工業(yè)、通訊等領域[1]。3DES是DES的一個更安全的變形，以DES為基本模塊，通過組合分組方法設計出更為安全的分組加密算法。

1 3DES加密算法的基本原理

DES算法為密碼體制中的對稱密碼體制，是一種對二元數(shù)據(jù)進行加密的算法。明文數(shù)據(jù)分組長度為64位，密文分組長度也是64位，使用的密鑰為64位，有效密鑰長度為56位，有8位用于奇偶校驗。加密的過程是先對64位明文分組進行初始置換，在左、右兩部分分別經(jīng)過16輪迭代后，再進行異或運算與變換，最后進行逆置換得出密文[2]。此算法解密時的過程和加密時使用相同的密鑰，但密鑰的使用順序正好相反。

3DES算法是三重數(shù)據(jù)加密算法，是對每個數(shù)據(jù)塊應用三次DES加密算法。3DES算法的密鑰長度增加到112位或168位，可以有效克服DES面臨的窮舉搜索，增強了抗差分分析和線性分析能力[3]。

2 3DES加密系統(tǒng)設計

DES的加密分為子密鑰生成和迭代加密兩個主要部分。子密鑰生成將一個64位的密鑰變換為16個48位的子密鑰，用于后續(xù)加密運算。迭代加密通過對明文的置換、拆分、迭代異或運算、變換等方式實現(xiàn)DES加密。3DES通過利用兩個密鑰進行三次DES加密來實現(xiàn)。

2.1 子密鑰的生成函數(shù)。將64位的密鑰K，經(jīng)過PC-1選擇置換，去掉奇偶校驗位。密鑰K（56位）按左右分成28位的C0和D0，參照循環(huán)左移變換表對C0和D0進行循環(huán)左移變換LSi（i為當前循環(huán)次數(shù)，循環(huán)16次），將循環(huán)左移結果進行PC-2置換，得到16個48位子密鑰[4]。

Ci= LSi（PC-1（K）（左邊28位）），Di=LSi（PC-1（K）（右邊28位））

Ki（48位）= PC-2（CiDi（56位））

2.2 加密迭代函數(shù)。將64位明文M進行初始IP置換后，分成左右32位的兩個部分L0和R0，將Li和Ri按照以下公式（圖2）進行16次迭代Li=Ri-1，Ri=Li-1①P（S（E（Ri-1）①Ki）），其中擴展置換E將Ri從32位擴展到48位，S盒子轉(zhuǎn)換將異或運算結果從48位轉(zhuǎn)換為32位。將運算后的結果LnRn左右交換位置后進行IP-1置換，得到64位密文結果。

2.3 3DES加密解密函數(shù)。設Ek（）和Dk（）分別代表DES算法的加密和解密過程，ki代表DES算法使用的密鑰，M代表明文，C代表密文，則3DES算法的過程可表示為：

C= Ek3（Dk2（Ek1（M））），M= Dkl（Ek2（Dk3（C））），密鑰k1、k3可采用相同值。

3 3DES加密系統(tǒng)的實現(xiàn)

本文采用vc++編制了3DES加密系統(tǒng)，采用兩個密鑰進行加密。系統(tǒng)將密鑰1字符和密鑰2字符用二進制位信息表示，存儲在結構體變量Miyaol_hit和Miyao2_hit中，從明文文件中讀出明文字符流存儲在字符型數(shù)組MingwenBuf中。首先使用密鑰1對MingwenBuf進行Endes函數(shù)加密，再使用密鑰2對結果進行Endes函數(shù)解密，最后使用密鑰1對結果進行Endes函數(shù)加密，結果存儲在密文字符流數(shù)組MiwenBuf中，轉(zhuǎn)為密文文件作為輸出結果。

結論：本文介紹了3DES算法的基本原理，分析并設計了用vc+實現(xiàn)3DES加密解密的核心算法和流程，制作了個人計算機加密系統(tǒng)，通過測試驗證該加密系統(tǒng)實現(xiàn)了對個人計算機文件和數(shù)據(jù)的加密保護，體現(xiàn)出3DES算法良好的加密效果。

參考文獻：

[1]鄧慧瀾，錢瀟.DES算法分析及應用[J].中國水運，2017，12：101 - 102.

[2]盧開澄.計算機密碼學計算機網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)保密與安全（第2版）.北京：清華大學出版社，1998年7月.

[3]張福泰等.密碼學教程.武漢：武漢大學出版社，2006年.

[4]溫泉，趙紅敏，郝曉東，沈海鴻.一種高速高安全性的DES算法設計[J].微電子學與計算機，2014，12：164 - 167.