Python——加密算法DES
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目录
1. 加密算法DES介绍
DES算法是一种经典的对称算法，即加密数据和解密数据用的密钥是同一个。
DES算法的最主要的内容有三个：Key、Data、Mode。
Key：密钥（密钥长度为64位二进制，即8个字节的长度。其中有8位是校验位）
Data：加密数据或解密数据（每64位即8字节位一块，按块进行加解密）
Mode：加密操作、解密操作
2. DES框架
2.1 DES的基础框架分析及介绍
可以在百度百科找到加密的流程图，如下：
由流程图我们可以得出，DES加密实现的基础框架内容：（明文二进制，每64位位一块，以其中的一块作为示例）
- 对明文二进制的一块进行IP置换
- 对IP置换后的数据进行切分，左32位 L0、右32位 R0
- 计算根据密钥计算每一轮的子密钥：K0、K1......、K15
- 获取得到下一轮的 Ln 与 Rn ，中间参与运算的有 Kn，以及计算函数 F 等。
- 重复步骤 4 操作16次
- 合并最后计算得到的 L15 与 R15，之后进行IP逆置换得到最后的密文
根据上面的框架内容：需要了解以下内容：
- IP置换以及IP逆置换
- 子密钥的计算方法
- Rn 与 Kn 的计算函数 F ，以及函数计算得到的结果与 Ln-1 的操作（异或）
好的，根据前面的内容，一步一步了解，之后就可以搭建完整的框架了
2.1 IP置换以及IP逆置换
IP置换目的是将输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位。下面为IP置换表
| 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 |
置换的意思是将数据按照表中的数据更换数据。示例：
明文的二进制为：0100100101001100010011110101011001000101010110010100111101010101（ILOVEYOU：每个字符以8位转换）
那么明文的第 1 为 0 需要置换为第 58 位的值，即 1，同理每一位按置换表重新排列。
故：IP置换后的数据为：1111111110101000110111101111010100000000000000000110011101001100
同理IP逆置换也是一样的操作。
IP逆置换表如下：
| 40 | 8 | 48 | 16 | 56 | 24 | 64 | 32 |
| 39 | 7 | 47 | 15 | 55 | 23 | 63 | 31 |
| 38 | 6 | 46 | 14 | 54 | 22 | 62 | 30 |
| 37 | 5 | 45 | 13 | 53 | 21 | 61 | 29 |
| 36 | 4 | 44 | 12 | 52 | 20 | 60 | 28 |
| 35 | 3 | 43 | 11 | 51 | 19 | 59 | 27 |
| 34 | 2 | 42 | 10 | 50 | 18 | 58 | 26 |
| 33 | 1 | 41 | 9 | 49 | 17 | 57 | 25 |
2.3 计算每一轮的子密钥
DES的密钥每个字节的第8位作为奇偶校验位，密钥由64位减至56位。这56位的密钥由一下的密钥置换表获得。
密钥置换表：（没有8,16,24，32,40,48,56和64这8位）
| 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 |
在DES的每一轮的子密钥，从这56位密钥产生出不同的48位子密钥，确定这些子密钥的方式如下：
- 将56位的密钥分成两部分，每部分28位。
- 根据轮数，这两部分分别循环左移1位或2位。每轮移动的位数如下表：
| 轮数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 位数 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 |
移动后，又从56位中选出48位。置换了每位的顺序，最终确定子密钥。此过程称为密钥压缩置换。压缩置换规则如下表（注意表中没有9，18，22，25，35，38，43和54这8位）：
| 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 |
2.4 F函数及异或计算
由流程图可以得知 F 函数参数有 Rn 以及 Kn。Rn的长度是32位，Kn的长度是48（Kn即为每一轮的子密钥）。
在这一块中，需要进行的操作比较多，也相对比较复杂，有以下的内容：
- E扩展置换：将右半部分数据Rn从32位置换成48位，之后与当前子密钥进行异或运算
- S盒代替：将48位数据代替为32位数据。共有8个S盒，将E置换得到的48位数据，分为8组，每组6位，每个盒子输入6位输出4位，组合得到32位
- P盒置换：S盒代替运算的32位输出按照P盒进行置换。该置换把输入的每位映射到输出位，任何一位不能被映射两次，也不能被略去。得到的数据还是32位的。
2.4.1 E扩展置换
扩展置置换目标是IP置换后获得的右半部分Rn，将32位输入扩展为48位(分为4位×8组)输出。
扩展置换目的有两个：生成与密钥相同长度的数据以进行异或运算；提供更长的结果，在后续的替代运算中可以进行压缩。
扩展置换表如下：
| 32 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 |
| 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 |
| 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 |
| 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 |
| 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 1 |
表中的数字代表第几位，两列黄色数据是扩展的数据，可以看出，扩展的数据是从相邻两组分别取靠近的一位，4位变为6位。靠近32位的位为1，靠近1位的位为32。表中第二行的4取自上组中的末位，9取自下组中的首位。
扩展置换之后，右半部分数据Rn变为48位，与密钥置换得到的子密钥进行异或操作。
2.4.2 S盒代替
由P置换之后的数据与字密钥异或得到新的48位数据，将这个数据送人S盒，进行替代运算。替代由8个不同的S盒完成，每个S盒有6位输入4位输出。48位输入分为8个6位的分组，一个分组对应一个S盒，对应的S盒对各组进行代替操作。
每个S盒都是一个4行16列的表，盒中的每一项都是一个4位的数。S盒的6个输入确定了其对应的输出在哪一行哪一列，输入的高低两位做为行数H，中间四位做为列数L，在S盒中查找第H行L列对应的数据(<32)。
例如，假设输入为110011，第1位和第6位组合为11，对应于S盒的第3行；第2位到第5位为1001，对应于S盒的第9列。查找的第3行第9列的数字，如S盒1，因此用1111来代替110011。注意，S盒的行列计数都是从0开始。
代替过程产生8个4位的分组，在最后组合在一起形成32位数据。
以下为S盒的表：
S盒1
| 14 | 4 | 13 | 1 | 2 | 15 | 11 | 8 | 3 | 10 | 6 | 12 | 5 | 9 | 0 | 7 |
| 0 | 15 | 7 | 4 | 14 | 2 | 13 | 1 | 10 | 6 | 12 | 11 | 9 | 5 | 3 | 8 |
| 4 | 1 | 14 | 8 | 13 | 6 | 2 | 11 | 15 | 12 | 9 | 7 | 3 | 10 | 5 | 0 |
| 15 | 12 | 8 | 2 | 4 | 9 | 1 | 7 | 5 | 11 | 3 | 14 | 10 | 0 | 6 | 13 |
S盒2
| 15 | 1 | 8 | 14 | 6 | 11 | 3 | 4 | 9 | 7 | 2 | 13 | 12 | 0 | 5 | 10 |
| 3 | 13 | 4 | 7 | 15 | 2 | 8 | 14 | 12 | 0 | 1 | 10 | 6 | 9 | 11 | 5 |
| 0 | 14 | 7 | 11 | 10 | 4 | 13 | 1 | 5 | 8 | 12 | 6 | 9 | 3 | 2 | 15 |
| 13 | 8 | 10 | 1 | 3 | 15 | 4 | 2 | 11 | 6 | 7 | 12 | 0 | 5 | 14 | 9 |
S盒3
| 10 | 0 | 9 | 14 | 6 | 3 | 15 | 5 | 1 | 13 | 12 | 7 | 11 | 4 | 2 | 8 |
| 13 | 7 | 0 | 9 | 3 | 4 | 6 | 10 | 2 | 8 | 5 | 14 | 12 | 11 | 15 | 1 |
| 13 | 6 | 4 | 9 | 8 | 15 | 3 | 0 | 11 | 1 | 2 | 12 | 5 | 10 | 14 | 7 |
| 1 | 10 | 13 | 0 | 6 | 9 | 8 | 7 | 4 | 15 | 14 | 3 | 11 | 5 | 2 | 12 |
S盒4
| 7 | 13 | 14 | 3 | 0 | 6 | 9 | 10 | 1 | 2 | 8 | 5 | 11 | 12 | 4 | 15 |
| 13 | 8 | 11 | 5 | 6 | 15 | 0 | 3 | 4 | 7 | 2 | 12 | 1 | 10 | 14 | 19 |
| 10 | 6 | 9 | 0 | 12 | 11 | 7 | 13 | 15 | 1 | 3 | 14 | 5 | 2 | 8 | 4 |
| 3 | 15 | 0 | 6 | 10 | 1 | 13 | 8 | 9 | 4 | 5 | 11 | 12 | 7 | 2 | 14 |
S盒5
| 2 | 12 | 4 | 1 | 7 | 10 | 11 | 6 | 5 | 8 | 3 | 15 | 13 | 0 | 14 | 9 |
| 14 | 11 | 2 | 12 | 4 | 7 | 13 | 1 | 5 | 0 | 15 | 13 | 3 | 9 | 8 | 6 |
| 4 | 2 | 1 | 11 | 10 | 13 | 7 | 8 | 15 | 9 | 12 | 5 | 6 | 3 | 0 | 14 |
| 11 | 8 | 12 | 7 | 1 | 14 | 2 | 13 | 6 | 15 | 0 | 9 | 10 | 4 | 5 | 3 |
S盒6
| 12 | 1 | 10 | 15 | 9 | 2 | 6 | 8 | 0 | 13 | 3 | 4 | 14 | 7 | 5 | 11 |
| 10 | 15 | 4 | 2 | 7 | 12 | 9 | 5 | 6 | 1 | 13 | 14 | 0 | 11 | 3 | 8 |
| 9 | 14 | 15 | 5 | 2 | 8 | 12 | 3 | 7 | 0 | 4 | 10 | 1 | 13 | 11 | 6 |
| 4 | 3 | 2 | 12 | 9 | 5 | 15 | 10 | 11 | 14 | 1 | 7 | 6 | 0 | 8 | 13 |
S盒7
| 4 | 11 | 2 | 14 | 15 | 0 | 8 | 13 | 3 | 12 | 9 | 7 | 5 | 10 | 6 | 1 |
| 13 | 0 | 11 | 7 | 4 | 9 | 1 | 10 | 14 | 3 | 5 | 12 | 2 | 15 | 8 | 6 |
| 1 | 4 | 11 | 13 | 12 | 3 | 7 | 14 | 10 | 15 | 6 | 8 | 0 | 5 | 9 | 2 |
| 6 | 11 | 13 | 8 | 1 | 4 | 10 | 7 | 9 | 5 | 0 | 15 | 14 | 2 | 3 | 12 |
S盒8
| 13 | 2 | 8 | 4 | 6 | 15 | 11 | 1 | 10 | 9 | 3 | 14 | 5 | 0 | 12 | 7 |
| 1 | 15 | 13 | 8 | 10 | 3 | 7 | 4 | 12 | 5 | 6 | 11 | 0 | 14 | 9 | 2 |
| 7 | 11 | 4 | 1 | 9 | 12 | 14 | 2 | 0 | 6 | 10 | 13 | 15 | 3 | 5 | 8 |
| 2 | 1 | 14 | 7 | 4 | 10 | 8 | 13 | 15 | 12 | 9 | 0 | 3 | 5 | 6 | 11 |
2.4.3 P盒置换
由S盒置换后得到的数据，进行P置换。P置换表如下：
| 16 | 7 | 20 | 21 | 29 | 12 | 28 | 17 |
| 1 | 15 | 23 | 26 | 5 | 18 | 31 | 10 |
| 2 | 8 | 24 | 14 | 32 | 27 | 3 | 9 |
| 19 | 13 | 30 | 6 | 22 | 11 | 4 | 25 |
3. DES实现
根据第二部分DES的框架介绍，现在可以根据这些来实现DES算法。为了实现算法，将每以主要的步骤模块化，根据步骤，创建以下函数：
-
__substitution(self, table:str, self_table:list)->str：置换函数，用于密钥置换、IP置换、P置换等
-
__f_funtion(self, right:str, key:str)->str：F函数，right加密过程中的右半部分，key表示参与的子密钥。函数实现：对right进行E扩展，与key 进行异或操作，进入S盒替代，进行P置换，返回。
-
__get_key_list(self)->list：返回加密过程中16轮的子密钥
-
__xor_function(self, xor1:str, xor2:str)->str：异或操作返回结果
-
__s_box(self, xor_result:str)：进行S盒替代的函数，48位替换为32位
-
__iteration(self, bin_plaintext:str, key_list:list)：因为右半部分是操作了16轮，所以合并在一起组成一个函数，返回进行F函数以及和left异或操作之后的字符串。
-
__bin2int(self, binary: str) -> list:由于加密之后的二进制无法直接转成字符，有不可见字符在，utf8可能无法解码，所以需要将二进制字符串每8位转成int型号列表，用于转成bytes再转hex
-
__int2bin(self, list_int: list) -> str:将int类型的列表转成二进制串
对外提供的接口：
-
str2bin(self, string: str) -> str:将明文转为二进制字符串:
-
bin2str(self, binary: str) -> str:二进制字符串转成字符串
-
modify_secretkey(self):修改默认密钥函数
-
encode(self, plaintext):加密
-
decode(self, ciphertext):解密
-
main(self):测试函数
- 初始化内容：初始化各种置换表，以及默认密钥等
全部代码：
import binascii
class ArrangeSimpleDES():
def __init__(self):
# 出初始化DES加密的参数
self.ip = [
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,
] # ip置换
self.ip1 = [
40, 8, 48, 16, 56, 24, 64, 32, 39, 7, 47, 15, 55, 23, 63, 31,
38, 6, 46, 14, 54, 22, 62, 30, 37, 5, 45, 13, 53, 21, 61, 29,
36, 4, 44, 12, 52, 20, 60, 28, 35, 3, 43, 11, 51, 19, 59, 27,
34, 2, 42, 10, 50, 18, 58, 26, 33, 1, 41, 9, 49, 17, 57, 25,
] # 逆ip置换
self.E = [
32, 1, 2, 3, 4, 5,
4, 5, 6, 7, 8, 9,
8, 9, 10, 11, 12, 13,
12, 13, 14, 15, 16, 17,
16, 17, 18, 19, 20, 21,
20, 21, 22, 23, 24, 25,
24, 25, 26, 27, 28, 29,
28, 29, 30, 31, 32, 1,
] # E置换，将32位明文置换位48位
self.P = [
16, 7, 20, 21, 29, 12, 28, 17,
1, 15, 23, 26, 5, 18, 31, 10,
2, 8, 24, 14, 32, 27, 3, 9,
19, 13, 30, 6, 22, 11, 4, 25,
] # P置换，对经过S盒之后的数据再次进行置换
# 设置默认密钥
self.K = '0111010001101000011010010111001101101001011100110110100101110110'
self.k1 = [
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,
] # 密钥的K1初始置换
self.k2 = [
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,
]
self.k0 = [1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, ] # 秘钥循环移位的位数
self.S = [
[
0xe, 0x4, 0xd, 0x1, 0x2, 0xf, 0xb, 0x8, 0x3, 0xa, 0x6, 0xc, 0x5, 0x9, 0x0, 0x7,
0x0, 0xf, 0x7, 0x4, 0xe, 0x2, 0xd, 0x1, 0xa, 0x6, 0xc, 0xb, 0x9, 0x5, 0x3, 0x8,
0x4, 0x1, 0xe, 0x8, 0xd, 0x6, 0x2, 0xb, 0xf, 0xc, 0x9, 0x7, 0x3, 0xa, 0x5, 0x0,
0xf, 0xc, 0x8, 0x2, 0x4, 0x9, 0x1, 0x7, 0x5, 0xb, 0x3, 0xe, 0xa, 0x0, 0x6, 0xd,
],
[
0xf, 0x1, 0x8, 0xe, 0x6, 0xb, 0x3, 0x4, 0x9, 0x7, 0x2, 0xd, 0xc, 0x0, 0x5, 0xa,
0x3, 0xd, 0x4, 0x7, 0xf, 0x2, 0x8, 0xe, 0xc, 0x0, 0x1, 0xa, 0x6, 0x9, 0xb, 0x5,
0x0, 0xe, 0x7, 0xb, 0xa, 0x4, 0xd, 0x1, 0x5, 0x8, 0xc, 0x6, 0x9, 0x3, 0x2, 0xf,
0xd, 0x8, 0xa, 0x1, 0x3, 0xf, 0x4, 0x2, 0xb, 0x6, 0x7, 0xc, 0x0, 0x5, 0xe, 0x9,
],
[
0xa, 0x0, 0x9, 0xe, 0x6, 0x3, 0xf, 0x5, 0x1, 0xd, 0xc, 0x7, 0xb, 0x4, 0x2, 0x8,
0xd, 0x7, 0x0, 0x9, 0x3, 0x4, 0x6, 0xa, 0x2, 0x8, 0x5, 0xe, 0xc, 0xb, 0xf, 0x1,
0xd, 0x6, 0x4, 0x9, 0x8, 0xf, 0x3, 0x0, 0xb, 0x1, 0x2, 0xc, 0x5, 0xa, 0xe, 0x7,
0x1, 0xa, 0xd, 0x0, 0x6, 0x9, 0x8, 0x7, 0x4, 0xf, 0xe, 0x3, 0xb, 0x5, 0x2, 0xc,
],
[
0x7, 0xd, 0xe, 0x3, 0x0, 0x6, 0x9, 0xa, 0x1, 0x2, 0x8, 0x5, 0xb, 0xc, 0x4, 0xf,
0xd, 0x8, 0xb, 0x5, 0x6, 0xf, 0x0, 0x3, 0x4, 0x7, 0x2, 0xc, 0x1, 0xa, 0xe, 0x9,
0xa, 0x6, 0x9, 0x0, 0xc, 0xb, 0x7, 0xd, 0xf, 0x1, 0x3, 0xe, 0x5, 0x2, 0x8, 0x4,
0x3, 0xf, 0x0, 0x6, 0xa, 0x1, 0xd, 0x8, 0x9, 0x4, 0x5, 0xb, 0xc, 0x7, 0x2, 0xe,
],
[
0x2, 0xc, 0x4, 0x1, 0x7, 0xa, 0xb, 0x6, 0x8, 0x5, 0x3, 0xf, 0xd, 0x0, 0xe, 0x9,
0xe, 0xb, 0x2, 0xc, 0x4, 0x7, 0xd, 0x1, 0x5, 0x0, 0xf, 0xa, 0x3, 0x9, 0x8, 0x6,
0x4, 0x2, 0x1, 0xb, 0xa, 0xd, 0x7, 0x8, 0xf, 0x9, 0xc, 0x5, 0x6, 0x3, 0x0, 0xe,
0xb, 0x8, 0xc, 0x7, 0x1, 0xe, 0x2, 0xd, 0x6, 0xf, 0x0, 0x9, 0xa, 0x4, 0x5, 0x3,
],
[
0xc, 0x1, 0xa, 0xf, 0x9, 0x2, 0x6, 0x8, 0x0, 0xd, 0x3, 0x4, 0xe, 0x7, 0x5, 0xb,
0xa, 0xf, 0x4, 0x2, 0x7, 0xc, 0x9, 0x5, 0x6, 0x1, 0xd, 0xe, 0x0, 0xb, 0x3, 0x8,
0x9, 0xe, 0xf, 0x5, 0x2, 0x8, 0xc, 0x3, 0x7, 0x0, 0x4, 0xa, 0x1, 0xd, 0xb, 0x6,
0x4, 0x3, 0x2, 0xc, 0x9, 0x5, 0xf, 0xa, 0xb, 0xe, 0x1, 0x7, 0x6, 0x0, 0x8, 0xd,
],
[
0x4, 0xb, 0x2, 0xe, 0xf, 0x0, 0x8, 0xd, 0x3, 0xc, 0x9, 0x7, 0x5, 0xa, 0x6, 0x1,
0xd, 0x0, 0xb, 0x7, 0x4, 0x9, 0x1, 0xa, 0xe, 0x3, 0x5, 0xc, 0x2, 0xf, 0x8, 0x6,
0x1, 0x4, 0xb, 0xd, 0xc, 0x3, 0x7, 0xe, 0xa, 0xf, 0x6, 0x8, 0x0, 0x5, 0x9, 0x2,
0x6, 0xb, 0xd, 0x8, 0x1, 0x4, 0xa, 0x7, 0x9, 0x5, 0x0, 0xf, 0xe, 0x2, 0x3, 0xc,
],
[
0xd, 0x2, 0x8, 0x4, 0x6, 0xf, 0xb, 0x1, 0xa, 0x9, 0x3, 0xe, 0x5, 0x0, 0xc, 0x7,
0x1, 0xf, 0xd, 0x8, 0xa, 0x3, 0x7, 0x4, 0xc, 0x5, 0x6, 0xb, 0x0, 0xe, 0x9, 0x2,
0x7, 0xb, 0x4, 0x1, 0x9, 0xc, 0xe, 0x2, 0x0, 0x6, 0xa, 0xd, 0xf, 0x3, 0x5, 0x8,
0x2, 0x1, 0xe, 0x7, 0x4, 0xa, 0x8, 0xd, 0xf, 0xc, 0x9, 0x0, 0x3, 0x5, 0x6, 0xb,
],
] # 16进制表示S盒的数据，S盒是为了将48位转换为32位，有8个盒子
def __substitution(self, table: str, self_table: list) -> str:
"""
:param table: 需要进行置换的列表,是一个01字符串
:param self_table: 置换表，在__init__中初始化了
:return: 返回置换后的01字符串
"""
sub_result = ""
for i in self_table:
sub_result += table[i - 1]
return sub_result
def str2bin(self, string: str) -> str:
"""
将明文转为二进制字符串:
:param string: 任意字符串
:return:二进制字符串
"""
plaintext_list = list(bytes(string, 'utf8')) # 将字符串转成bytes类型，再转成list
result = [] # 定义返回结果
for num in plaintext_list:
result.append(bin(num)[2:].zfill(8)) # 将列表的每个元素转成二进制字符串，8位宽度
return "".join(result)
def bin2str(self, binary: str) -> str:
"""
二进制字符串转成字符串
:param binary:
:return:
"""
list_bin = [binary[i:i + 8] for i in range(0, len(binary), 8)] # 对二进制字符串进行切分，每8位为一组
list_int = []
for b in list_bin:
list_int.append(int(b, 2)) # 对二进制转成int
result = bytes(list_int).decode() # 将列表转成bytes，在进行解码，得到字符串
return result
def __bin2int(self, binary: str) -> list:
"""
由于加密之后的二进制无法直接转成字符，有不可见字符在，utf8可能无法解码，所以需要将二进制字符串每8位转成int型号列表，用于转成bytes再转hex
:param binary: 二进制字符串
:return: int型列表
"""
list_bin = [binary[i:i + 8] for i in range(0, len(binary), 8)] # 对二进制字符串进行切分，每8位为一组
list_int = []
for b in list_bin:
list_int.append(int(b, 2))
return list_int
def __int2bin(self, list_int: list) -> str:
result = []
for num in list_int:
result.append(bin(num)[2:].zfill(8))
return ''.join(result)
def __get_block_list(self, binary: str) -> list:
"""
对明文二进制串进行切分，每64位为一块，DES加密以64位为一组进行加密的
:type binary: 二进制串
"""
len_binary = len(binary)
if len_binary % 64 != 0:
binary_block = binary + ("0" * (64 - (len_binary % 64)))
return [binary_block[i:i + 64] for i in range(0, len(binary_block), 64)]
else:
return [binary[j:j + 64] for j in range(0, len(binary), 64)]
def modify_secretkey(self):
"""
修改默认密钥函数
:return: None
"""
print('当前二进制形式密钥为:{}'.format(self.K))
print("当前字符串形式密钥为：{}".format(self.bin2str(self.K)))
newkey = input("输入新的密钥（长度为8）：")
if len(newkey) != 8:
print("密钥长度不符合，请重新输入：")
self.modify_secretkey()
else:
bin_key = self.str2bin(newkey)
self.K = bin_key
print("当前二进制形式密钥为:{}".format(self.K))
def __f_funtion(self, right: str, key: str):
"""
:param right: 明文二进制的字符串加密过程的右半段
:param key: 当前轮数的密钥
:return: 进行E扩展，与key异或操作，S盒操作后返回32位01字符串
"""
# 对right进行E扩展
e_result = self.__substitution(right, self.E)
# 与key 进行异或操作
xor_result = self.__xor_function(e_result, key)
# 进入S盒子
s_result = self.__s_box(xor_result)
# 进行P置换
p_result = self.__substitution(s_result, self.P)
return p_result
def __get_key_list(self):
"""
:return: 返回加密过程中16轮的子密钥
"""
key = self.__substitution(self.K, self.k1)
left_key = key[0:28]
right_key = key[28:56]
keys = []
for i in range(1, 17):
move = self.k0[i - 1]
move_left = left_key[move:28] + left_key[0:move]
move_right = right_key[move:28] + right_key[0:move]
left_key = move_left
right_key = move_right
move_key = left_key + right_key
ki = self.__substitution(move_key, self.k2)
keys.append(ki)
return keys
def __xor_function(self, xor1: str, xor2: str):
"""
:param xor1: 01字符串
:param xor2: 01字符串
:return: 异或操作返回的结果
"""
size = len(xor1)
result = ""
for i in range(0, size):
result += '0' if xor1[i] == xor2[i] else '1'
return result
def __s_box(self, xor_result: str):
"""
:param xor_result: 48位01字符串
:return: 返回32位01字符串
"""
result = ""
for i in range(0, 8):
# 将48位数据分为6组，循环进行
block = xor_result[i * 6:(i + 1) * 6]
line = int(block[0] + block[5], 2)
colmn = int(block[1:5], 2)
res = bin(self.S[i][line*16 + colmn])[2:]
if len(res) < 4:
res = '0' * (4 - len(res)) + res
result += res
return result
def __iteration(self, bin_plaintext: str, key_list: list):
"""
:param bin_plaintext: 01字符串，64位
:param key_list: 密钥列表，共16个
:return: 进行F函数以及和left异或操作之后的字符串
"""
left = bin_plaintext[0:32]
right = bin_plaintext[32:64]
for i in range(0, 16):
next_lift = right
f_result = self.__f_funtion(right, key_list[i])
next_right = self.__xor_function(left, f_result)
left = next_lift
right = next_right
bin_plaintext_result = left + right
return bin_plaintext_result[32:] + bin_plaintext_result[:32]
def encode(self, plaintext):
"""
:param plaintext: 明文字符串
:return: 密文字符串
"""
bin_plaintext = self.str2bin(plaintext)
bin_plaintext_block = self.__get_block_list(bin_plaintext)
ciphertext_bin_list = []
key_list = self.__get_key_list()
for block in bin_plaintext_block:
# 初代ip置换
sub_ip = self.__substitution(block, self.ip)
ite_result = self.__iteration(sub_ip, key_list)
# 逆ip置换
sub_ip1 = self.__substitution(ite_result, self.ip1)
ciphertext_bin_list.append(sub_ip1)
ciphertext_bin = ''.join(ciphertext_bin_list)
result = self.__bin2int(ciphertext_bin)
return bytes(result).hex().upper()
def decode(self, ciphertext):
'''
:param ciphertext: 密文字符串
:return: 明文字符串
'''
b_ciphertext = binascii.a2b_hex(ciphertext)
bin_ciphertext = self.__int2bin(list(b_ciphertext))
bin_plaintext_list = []
key_list = self.__get_key_list()
key_list = key_list[::-1]
bin_ciphertext_block = [bin_ciphertext[i:i + 64] for i in range(0, len(bin_ciphertext), 64)]
for block in bin_ciphertext_block:
sub_ip = self.__substitution(block, self.ip)
ite = self.__iteration(sub_ip, key_list)
sub_ip1 = self.__substitution(ite, self.ip1)
bin_plaintext_list.append(sub_ip1)
bin_plaintext = ''.join(bin_plaintext_list).replace('00000000', '')
return self.bin2str(bin_plaintext)
def main(self):
select = input("Please selecting:\n1、Encryption\t 2、Decrpytion\nYour selecting:")
if select == '1':
plaintext = input("Input plaintext：")
# print("Your plaintext is:{}".format(plaintext))
ciphertext = self.encode(plaintext)
print("The ciphertext is:{}".format(ciphertext))
elif select == '2':
plaintext = input("Input ciphertext：")
# print("Your ciphertext is:{}".format(plaintext))
plaintext = self.decode(plaintext)
print("The plaintext is:{}".format(plaintext))
# print(len(plaintext))
else:
input("Please selecting again！")
self.main()
if __name__ == '__main__':
mydes = ArrangeSimpleDES()
mydes.modify_secretkey()
while True:
mydes.main()
print("")运行结果：
旨在为数千万中国开发者提供一个无缝且高效的云端环境，以支持学习、使用和贡献开源项目。
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