DES算法在QS二維碼中的應(yīng)用研究

王民明

摘 要：文章介紹了在QS-維碼編解碼系統(tǒng)中使用DES進行加密解密的方案設(shè)計與實現(xiàn)過程。詳細闡述了DES加密算法的過程設(shè)計，介紹了DES加密算法的實現(xiàn)過程，對測試數(shù)據(jù)進行了分析，并以圖表的方式展示了測試結(jié)果。

關(guān)鍵詞：DES；二維碼；編碼；解碼

目前，二維碼已經(jīng)廣泛地被人們使用在生活中，例如移動支付、商品識別、社交通信等領(lǐng)域。QR=維碼是一種矩陣二維碼符號。信息容量大、可靠性高，可表示漢字、字母、數(shù)字、二進位數(shù)、日文等多種信息，使用方便[1]。

未經(jīng)加密的二維碼比較容易破解，如果在支付交易時不使用加密后的二維碼，用戶私密信息很容易泄露，存在安全隱患?，F(xiàn)階段Java開發(fā)的二維碼應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，但在工業(yè)領(lǐng)域，C語言開發(fā)的二維碼應(yīng)用開源代碼還很難找到。為滿足用戶需求，我們在C語言中實現(xiàn)了二維碼的編解碼，并使用了數(shù)據(jù)加密標準（Data Encryption Standard，DES）加密方法保證數(shù)據(jù)的安全[2]。

DES是一種使用密鑰加密的塊算法。使用DES算法可以提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)保護，防止數(shù)據(jù)未經(jīng)授權(quán)的泄露和未被察覺的修改。DES算法具有相當高的復(fù)雜性，破譯難度較大，復(fù)雜度較高，但算法本身便于理解和掌握。DES密碼體制的安全性不依賴于算法，其安全性僅以加密密鑰的保密為基礎(chǔ)，算法在軟件中實現(xiàn)方便，運行有效，應(yīng)用范圍廣[3]。

1 DES加密過程設(shè)計

DES主要采用置換和移位運算來實現(xiàn)加解密。64位的明文分組X首先經(jīng)過一個初始置換函數(shù)進行置換運算，產(chǎn)生一個7 664位的輸出XO，該輸出被分成兩個分別為32位的左半部分LO和右半部分RO，用于F函數(shù)的16輪迭代運算的首次迭代的初始輸入。

DES加密算法的密鑰長度為56位，用戶輸入密鑰64位，按8行8列從上到下從左到右地排列，其中，每行的最后一位用于奇偶校驗。子密鑰的獲取首先將輸入的64位密鑰去掉最后一列，然后用密鑰置換函數(shù)對剩下的56為密鑰進行置換。去掉64位密鑰中第8、16、24、32、40、48、56、64位。剩余的56位按密鑰置換表排放。置換后，將其置換的輸出再分為CO（前28位）和DO（后28位）兩部分，上一輪置換得到的輸出的兩部分經(jīng)過循環(huán)左移1位或2位后，每輪按壓縮置換表進行移位，然后將兩部分合并成56位，之后經(jīng)過壓縮置換后得到當前這輪置換的48位子密鑰。

壓縮置換后的輸出數(shù)據(jù)的位數(shù)要比置換前輸入的位數(shù)要少。在壓縮置換過程中，原來的7行8列共56位數(shù)據(jù)被壓縮成8行6列的48位數(shù)據(jù)。將上一輪移位后得到的兩部分再按位移表進行移位，作為下一個子密鑰產(chǎn)生的PC-2置換的輸入。依次經(jīng)過16次循環(huán)左移和16次置換得到16個子密鑰[4]。

2 DES加密實現(xiàn)

程序中采用bitset數(shù)據(jù)類型存儲計算數(shù)據(jù)，并將S盒和E盒置換后的所有可能二進制形式計算后依次放入靜態(tài)數(shù)組以提高運算速度[5]。 DES加密實現(xiàn)流程如圖1所示。具體實現(xiàn)方法如下：

void getSubKey（bitset<64》；//獲取子秘鑰

void getSubKey（string key）；//通過字符串獲取子秘鑰

bitset<64>stringToBitset（string）；//將字符串轉(zhuǎn)化為bitset類型

bitset<64> encrypt（bitset<64>&）；/加密bitset<64>塊

bitset<64> decrypt（bitset<64>&）；//解密bitset<64>塊

void encrypt（istream&，ostream&）；//通過輸入流讀取數(shù)據(jù)并加密

void decrypt（istream&，ostream&）；//通過輸入流讀取數(shù)據(jù)并解密

char* encrypt3（char* content，int&size;）；//加密字符串

char* decrypt3（char* content，int&size;）；//解密字符串

char* charToHex（char* str）；//字符串轉(zhuǎn)十六進制字符串

char* hexToChar（char* strV/十六進制字符串轉(zhuǎn)字符串

char* charToHex（char* str，intmsgLen）；//指定長度的字符串轉(zhuǎn)十六進制

3 DES加密QS=維碼測試與分析

經(jīng)測試，采用DES加密二維碼圖片，加密解密速率和數(shù)據(jù)長度基本呈線性關(guān)系，對于正常的QS二維碼應(yīng)用，DES加密解密都能在較短的時間內(nèi)完成，對用戶體驗的影響很小。

和不加密同等級QS=維碼編解碼對比，DES加密解密所用的時間都很短，在只增加一點點處理時間的情況下，二維碼圖片的安全性得到了很大的提升（見圖2-3）。

[參考文獻]

[1]管瑩，敬茂華.DES算法原理及實現(xiàn)[J].電腦編程技巧與維護，2009 （4）：5-7

[2]施文杰.基于PKI技術(shù)的二維碼安全性研究[D]淮南：安徽理工大學(xué)，2017

[3]張彬，王岳.二維碼的安全技術(shù)研究[J].信息安全與通信保密，2015 （10）：110-113

[4]付延松.基于移動端的二維碼防偽系統(tǒng)設(shè)計[D].杭州：杭州電子科技大學(xué)，2015

[5]陳僑川，李紅靈.DES算法中S盒的重組方法[J]網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2015 （3）：82-83