OPENSSL庫的使用-DES篇

轉自：http://blog.csdn.net/duanxingheng/article/details/11655037

一、DES算法簡介

1、DES算法介紹

DES算法爲密碼體制中的對稱密碼體制，又被稱爲美國數據加密標準，是1972年美國IBM公司研製的對稱密碼體制加密算法。明文按64位進行分組，密鑰長64位，密鑰事實上是56位參與DES運算（第8、16、24、32、40、48、56、64位是校驗位，使得每個密鑰都有奇數個1）分組後的明文組和56位的密鑰按位替代或交換的方法形成密文組的加密方法。

2、工作模式

1）ECB模式

DES ECB（電子密本方式）其實非常簡單，就是將數據按照8個字節一段進行DES加密或解密得到一段8個字節的密文或者明文，最後一段不足8個字節，按照需求補足8個字節進行計算，之後按照順序將計算所得的數據連在一起即可，各段數據之間互不影響。

2）CBC模式

DES CBC（密文分組鏈接方式）有點麻煩，它的實現機制使加密的各段數據之間有了聯繫。其實現的機理如下：

加密步驟如下：

a）首先將數據按照8個字節一組進行分組得到D1、D2......Dn（若數據不是8的整數倍，用指定的PADDING數據補位）

b）第一組數據D1與初始化向量I異或後的結果進行DES加密得到第一組密文C1（初始化向量I爲全零）

c）第二組數據D2與第一組的加密結果C1異或以後的結果進行DES加密，得到第二組密文C2

d）之後的數據以此類推，得到Cn

e）按順序連爲C1C2C3......Cn即爲加密結果。

解密是加密的逆過程，步驟如下：

a）首先將數據按照8個字節一組進行分組得到C1C2C3......Cn

b）將第一組數據進行解密後與初始化向量I進行異或得到第一組明文D1（注意：一定是先解密再異或）

c）將第二組數據C2進行解密後與第一組密文數據進行異或得到第二組數據D2

d）之後依此類推，得到Dn

e）按順序連爲D1D2D3......Dn即爲解密結果。

這裏注意一點，解密的結果並不一定是我們原來的加密數據，可能還含有你補得位，一定要把補位去掉纔是你的原來的數據。

3、3DES 算法

3DES算法顧名思義就是3次DES算法，其算法原理如下：

設Ek()和Dk()代表DES算法的加密和解密過程，K代表DES算法使用的密鑰，P代表明文，C代表密表，這樣，

3DES加密過程爲：C=Ek3(Dk2(Ek1(P)))
3DES解密過程爲：P=Dk1((EK2(Dk3(C)))

這裏可以K1=K3，但不能K1=K2=K3（如果相等的話就成了DES算法了）

3DES算法圖示如下：

3DES with 2 diffrent keys（K1=K3），可以是3DES-CBC，也可以是3DES-ECB，3DES-CBC整個算法的流程和DES-CBC一樣，但是在原來的加密或者解密處增加了異或運算的步驟，使用的密鑰是16字節長度的密鑰，將密鑰分成左8字節和右8字節的兩部分，即k1=左8字節，k2=右8字節，然後進行加密運算和解密運算。

3DES with 3 different keys，和3DES-CBC的流程完全一樣，只是使用的密鑰是24字節的，但在每個加密解密加密時候用的密鑰不一樣，將密鑰分爲3段8字節的密鑰分別爲密鑰1、密鑰2、密鑰3，在3DES加密時對加密解密加密依次使用密鑰1、密鑰2、密鑰3，在3DES解密時對解密加密解密依次使用密鑰3、密鑰2、密鑰1。

二、單DES算法ECB模式加解密

1、使用函數DES_set_key_unchecked設置密鑰。

備註：

1）自己指定密鑰時，切記勿使用函數DES_string_to_key，該函數是根據輸入的string隨機計算key，並不是將輸入的string當作key。

2）設置key必須使用DES_set_key_unchecked函數，而不能使用DES_set_key_check函數，否則計算出來的數據會不正確。

3）openssl在進行DES運算時，僅按8字節塊加密，所以必須自己進行數據拆分

2、使用函數DES_ecb_encrypt來進行數據加解密

void DES_ecb_encrypt(const_DES_cblock *input,DES_cblock *output,
DES_key_schedule *ks,int enc);

函數功能說明：DES ECB計算

參數說明：

input：輸入數據；（8字節長度）

output：輸出數據；（8字節長度）

ks：密鑰；

enc：加密：DES_ENCRYPT ，解密：DES_DECRYPT；

三、單DES算法CBC模式加解密

1、使用函數DES_set_key_unchecked設置密鑰

2、使用函數DES_ncbc_encrypt來進行數據加解密

void DES_ncbc_encrypt(const unsigned char *input,unsigned char *output,
long length,DES_key_schedule *schedule,DES_cblock *ivec,
int enc);

參數說明：

input：輸入數據；（8字節長度）

output：輸出數據；（8字節長度）

length：數據長度；（這裏數據長度不包含初始化向量長度）

schedule：密鑰；

ivec：初始化向量；（一般爲8個字節0）

enc：加密：DES_ENCRYPT ，解密：DES_DECRYPT；

四、T-DES算法ECB模式加解密

1、使用函數DES_set_key_unchecked設置密鑰

2、使用函數DES_ecb3_encrypt來進行加解密

void DES_ecb3_encrypt(const_DES_cblock *input, DES_cblock *output,
DES_key_schedule *ks1,DES_key_schedule *ks2,
DES_key_schedule *ks3, int enc);

函數說明：

3DES ECB算法

參數說明：

input：輸入數據

output：輸出數據

ks1，ks2，ks3， 3DES算法的三隻密鑰，實際應用中，大家更習慣於用兩隻密鑰，調用此函數時，只需在ks3處傳入ks1即可；

enc：加密：DES_ENCRYPT ，解密：DES_DECRYPT

五、T-DES算法CBC模式加解密

1、使用函數DES_set_key_unchecked設置密鑰

2、使用函數DES_ede3_cbc_encrypt來進行加解密

void DES_ede3_cbc_encrypt(const unsigned char *input,unsigned char *output,
              long length,
              DES_key_schedule *ks1,DES_key_schedule *ks2,
              DES_key_schedule *ks3,DES_cblock *ivec,int enc);

函數功能說明：

3DES CBC模式計算；

參數說明：

input：輸入數據；（8字節長度）

output：輸出數據；（8字節長度）

length：長度；（這裏數據長度不包含初始化向量長度）

ks1：密鑰1；（爲16字節密鑰的左邊8字節）

ks2：密鑰2；（爲16字節密鑰的右邊8字節）

ks3：密鑰3；（爲16字節密鑰的左邊8字節）

ivec：初始化向量；；（一般爲8個字節0）

enc：DES_ENCRYPT ，解密：DES_DECRYPT；

3、CBC模式簡介

數據加密採用3DES-CBC算法，初始向量爲16進制數“0000000000000000”，如圖所示：

數據塊長度爲8字節整數倍，則在此數據塊後附加一個8字節長的數據塊，附加的數據塊爲：16進制的“80 00 00 00 00 00 00 00”

六、示例代碼

1、加密實現：

void CPage1::OnButtonEncrypt()
{
// TODO: Add your control notification handler code here
DES_cblock key;

unsigned char key_hex[256] = {0};
unsigned char data_hex[256] = {0};
unsigned char initval_hex[256] = {0};
unsigned char temp[256] = {0};
int i = 0;
int keylen = 0;
int datalen = 0;
int InitialLen = 0;
DES_key_schedule schedule;
DES_key_schedule schedule2;
DES_key_schedule schedule3;
const_DES_cblock input;
DES_cblock output;
DES_cblock ivec;

UpdateData(TRUE);

m_key.Remove(' ');
m_data.Remove(' ');
m_initval.Remove(' ');

keylen = m_key.GetLength()/2;
datalen = m_data.GetLength()/2;
InitialLen = m_initval.GetLength()/2;

if (keylen%8!=0)
{
AfxMessageBox("輸入密鑰長度不是8的整數倍，請重新輸入!");
return;
}

if (datalen%8!=0)
{
AfxMessageBox("輸入數據長度不是8的整數倍，請重新輸入!");
return;
}

StrToHex(m_key,key_hex,keylen);
StrToHex(m_data,data_hex,datalen);
StrToHex(m_initval,initval_hex,InitialLen);

if (keylen == 8)
{
  memcpy(key,key_hex,keylen);
  DES_set_key_unchecked(&key, &schedule);
}
else if (keylen == 16)
{
  memcpy(key,key_hex,8);
        DES_set_key_unchecked(&key, &schedule);
  memcpy(key,key_hex+8,8);
        DES_set_key_unchecked(&key, &schedule2);
  memcpy(key,key_hex,8);
        DES_set_key_unchecked(&key, &schedule3);
}


memcpy(ivec,initval_hex,InitialLen);

//單DES算法
if (keylen == 8)
{
  //ECB模式
        if (((CButton*)GetDlgItem(IDC_RADIO1))->GetCheck())
  {
   for(i = 0;i < datalen/8;i++)
   {
    memcpy(input,data_hex+i*8,8);
    DES_ecb_encrypt(&input, &output, &schedule, DES_ENCRYPT);
    memcpy(temp+i*8,output,8);
   }
  }
  //CBC模式
  else if (((CButton*)GetDlgItem(IDC_RADIO2))->GetCheck())
  {
   memcpy(data_hex+datalen,"\x80\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00",8);
   datalen += 8;

   for(i = 0;i < datalen/8;i++)
   {
    DES_ncbc_encrypt(data_hex+i*8, temp+i*8,8,&schedule,&ivec, DES_ENCRYPT);
   }
  }
}
//TDES算法
else if (keylen == 16)
{
  //ECB模式
        if (((CButton*)GetDlgItem(IDC_RADIO1))->GetCheck())
  {
   for (i = 0;i < datalen/8;i++)
   {
    memcpy(input,data_hex+i*8,8);
    DES_ecb3_encrypt(&input, &output, &schedule, &schedule2, &schedule3, DES_ENCRYPT);
    memcpy(temp+i*8,output,8);
   }

  }
  //CBC模式
  else if (((CButton*)GetDlgItem(IDC_RADIO2))->GetCheck())
  {
   memcpy(data_hex+datalen,"\x80\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00",8);
   datalen += 8;

   for(i = 0;i < datalen/8;i++)
   {
    DES_ede3_cbc_encrypt(data_hex+i*8, temp+i*8,8,&schedule, &schedule2, &schedule3,&ivec, DES_ENCRYPT);
   }
  }

}

HexToStr(temp,datalen,m_result);

UpdateData(FALSE);
}

2、解密實現：

void CPage1::OnButtonDecrypt()
{
// TODO: Add your control notification handler code here
DES_cblock key;

UpdateData(TRUE);

m_key.Remove(' ');
m_data.Remove(' ');
m_initval.Remove(' ');

keylen = m_key.GetLength()/2;
datalen = m_data.GetLength()/2;
InitialLen = m_initval.GetLength()/2;

if (keylen%8!=0)
{
AfxMessageBox("輸入密鑰長度不是8的整數倍，請重新輸入!");
return;
}

if (datalen%8!=0)
{
AfxMessageBox("輸入數據長度不是8的整數倍，請重新輸入!");
return;
}

StrToHex(m_key,key_hex,keylen);
StrToHex(m_data,data_hex,datalen);
StrToHex(m_initval,initval_hex,InitialLen);

if (keylen == 8)
{
  if (((CButton*)GetDlgItem(IDC_RADIO1))->GetCheck())
  {
   for(i = 0;i < datalen/8;i++)
   {
    memcpy(input,data_hex+i*8,8);
    DES_ecb_encrypt(&input, &output, &schedule, DES_DECRYPT);
    memcpy(temp+i*8,output,8);
   }
  }
  else if (((CButton*)GetDlgItem(IDC_RADIO2))->GetCheck())
  {
   for(i = 0;i < datalen/8;i++)
   {
    DES_ncbc_encrypt(data_hex+i*8, temp+i*8,8,&schedule,&ivec, DES_DECRYPT);
   }
  }
}
else if (keylen == 16)
{
  //ECB模式
        if (((CButton*)GetDlgItem(IDC_RADIO1))->GetCheck())
  {
   for (i = 0;i < datalen/8;i++)
   {
    memcpy(input,data_hex+i*8,8);
    DES_ecb3_encrypt(&input, &output, &schedule, &schedule2, &schedule3, DES_DECRYPT);
    memcpy(temp+i*8,output,8);
   }

  }
  //CBC模式
  else if (((CButton*)GetDlgItem(IDC_RADIO2))->GetCheck())
  {
   for(i = 0;i < datalen/8;i++)
   {
    DES_ede3_cbc_encrypt(data_hex+i*8, temp+i*8,8,&schedule, &schedule2, &schedule3,&ivec, DES_DECRYPT);
   }
  }
}

HexToStr(temp,datalen,m_result);