基于3DES算法的個人計算機加密系統的設計與實現

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。本文系統分析了3DES算法的實現方式，采用vc++設計了一個3DES加密系統，實現對文件和數據的加密保護。

關鍵詞：3DES算法;加密系統;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展中日益突出的問題。密碼技術是保證數據安全的關鍵，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、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，是一種對二元數據進行加密的算法。明文數據分組長度為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算法是三重數據加密算法，是對每個數據塊應用三次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DES加密。3DES通過利用兩個密鑰進行三次DES加密來實現。

2.1 子密鑰的生成函數。將64位的密鑰K，經過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D0，參照循環左移變換表對C0和D0進行循環左移變換LSi（i為當前循環次數，循環16次），將循環左移結果進行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。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盒子轉換將異或運算結果從48位轉換為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。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加密系統的實現

本文采用vc++編制了3DES加密系統，采用兩個密鑰進行加密。系統將密鑰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組MingwenBuf中。首先使用密鑰1對MingwenBuf進行Endes函數加密，再使用密鑰2對結果進行Endes函數解密，最后使用密鑰1對結果進行Endes函數加密，結果存儲在密文字符流數組MiwenBuf中，轉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，通過測試驗證該加密系統實現了對個人計算機文件和數據的加密保護，體現出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絡中的數據保密與安全（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.