Python實作DES加密解密的方法介紹（程式碼）

本篇文章帶給大家的內容是關於Python實現DES加密解密的方法介紹（程式碼），有一定的參考價值，有需要的朋友可以參考一下，希望對你有幫助。

DES(Data Encryption Standard)採用64位元的分組長度和56位元的金鑰長度。它將64位元的輸入經過一系列變換得到64為的輸出。解密使用相同的步驟和相同的金鑰，唯一不同的是金鑰順序與加密過程相反。

DES加密：

此演算法的輸入有需要加密的明文和加密使用的金鑰，二者長度都為64位元。其中密鑰的第8,16,24,32,40,48,56,64位元為奇偶校驗位元。

1、明文的處理

將明文讀入程式並將其化為二進位字串

def inputText(filename):
    with open(filename,'r')as f:
        text = f.read()
    text = text.split('\n')
    text = [eval(x) for x in text]
    text = ['{:08b}'.format(x) for x in text]
    text = ''.join(text)
    
    return text

對明文進行IP置換，並分割為左右兩個子字串

def IP_Transposition(plaintext):
    LR = []
    for i in IP:
        LR.append(int(plaintext[i-1]))
    L = LR[:32]
    R = LR[32:]
    return L,R

2、對金鑰的處理

將金鑰讀入程式並以二進位串的形式儲存

對金鑰進行PC-1置換，並分割為兩個子字串

#密钥置换
def Key_Transposition(key):
    CD = []
    for i in PC_1:
        CD.append(int(key[i-1]))
    C = CD[:28]
    D = CD[28:]
    return C,D

在產生迭代所需的金鑰之前需要對金鑰進行置換壓縮

#密钥压缩
def Key_Compress(C,D):
    key = C+D
    new_key = []
    for i in PC_2:
        new_key.append(key[i-1])
    return new_key

產生DES每輪迭代所需的子金鑰，以便加密解密時直接使用

def generateKset(key):
    key = inputKey(key)
    C,D = Key_Transposition(key)
    K = []
    for i in LeftRotate:
        C = Key_LeftRotate(C,i)
        C = Key_LeftRotate(D,i)
        K.append(Key_Compress(C,D))
    return K

3、F函數

在每輪轉換中，整個過程可以用以下公式表示：

$$ L_i = R_{i-1} $$

$$ R_i = L_{i-1}\bigoplus F(R_{i-1},K_i) $$

其中輪密鑰Ki長48位,R長32位，首先將R置換擴展為48位,這48位與Ki異或，得到的結果用替代函數作用產生32位的輸出。這32位的輸出經P置換後與L異或得到新的R

代替函數由8個S盒來組成，每個S盒都有6位的輸入和4位的輸出。對每個S盒，輸入的第一位和最後一位組成一個2位的二進制數，用來選擇S盒4行替代值中的一行，中間4位用來選擇16列中的某一列。

#明文R扩展为48位
def R_expand(R):
    new_R = []
    for i in E:
        new_R.append(R[i-1])
    return new_R

#将两列表元素异或
def xor(input1,input2):
    xor_result = []
    for i in range(0,len(input1)):
        xor_result.append(int(input1[i])^int(input2[i]))
    return xor_result

#将异或的结果进行S盒代替
def S_Substitution(xor_result):
    s_result = []
    for i in range(0,8):
        tmp = xor_result[i*6:i*6+5]
        row = tmp[0]*2+tmp[-1]
        col = tmp[1]*8+tmp[2]*4+tmp[3]*2+tmp[4]
        s_result.append('{:04b}'.format(S[i][row][col]))
    s_result = ''.join(s_result)
    return s_result
#F函数
def F(R,K):
    new_R = R_expand(R)
    R_Kxor= xor(new_R,K)
    s_result = S_Substitution(R_Kxor)
    p_result = P_Transposition(s_result)
    return p_result

#将S盒代替的结果进行P置换
def P_Transposition(s_result):
    p_result = []
    for i in P:
        p_result.append(int(s_result[i-1]))
    return p_result

4、加密過程

DES加密需要經過16輪迭代，前15輪迭代每次結束需要交換L和R，第16次不交換

def DES_encrypt(filename,key,outputFile):
    #从文件中读取明文
    plaintext = inputText(filename)
    #将明文进行置换分离
    L,R = IP_Transposition(plaintext)
    #生成Kset
    K = generateKset(key)
    for i in range(0,15):
        oldR = R
        #F函数
        p_result = F(R,K[i])
        R = xor(L,p_result)
        L = oldR
    p_result = F(R,K[15])
    L = xor(L,p_result)
    #IP逆置换
    reversedP = IP_reverseTransp(L+R)
    #生成16进制表示的密文
    Cipher = generateHex(reversedP)
    #将密文写入outputFile文件
    writeFile(outputFile,Cipher)
    return Cipher

DES解密：

def DES_decrypt(filename,key,outputFile):
    #文件中读取密文
    Ciphertext = inputText(filename)
    #将密文进行置换分离
    L,R = IP_Transposition(Ciphertext)
    #生成Kset
    K = generateKset(key)
    for i in range(15,0,-1):
        oldR = R
        #F函数
        p_result = F(R,K[i])
        R = xor(L,p_result)
        L = oldR
    
    p_result = F(R,K[0])
    L = xor(L,p_result)
    reversedP = IP_reverseTransp(L+R)
    plaintext = generateHex(reversedP)
    writeFile(outputFile,plaintext)
    return plaintext

原始碼位址https://github.com/SuQinghang...

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