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分类： 嵌入式
2017-10-31 16:05:09
一. DES加密原理
DES 使用一个 56 位的密钥以及附加的 8 位奇偶校验位（每组的第8位作为奇偶校验位），产生最大 64 位的分组大小。这是一个迭代的分组密码，使用称为 Feistel 的技术，其中将加密的文本块分成两半。使用子密钥对其中一半应用循环功能，然后将输出与另一半进行“异或”运算；接着交换这两半，这一过程会继续下去，但最后一个循环不交换。DES 使用 16 轮循环，使用异或，置换，代换，移位操作四种基本运算。
二. DES API
1. 基本数据结构
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typedef unsigned char DES_cblock[8];
typedef /* const */ unsigned char const_DES_cblock[8];
typedef struct DES_ks
{
union
{
DES_cblock cblock;
DES_LONG deslong[2];
} ks[16];
} DES_key_schedule;
sizeof(DES_cblock) = 8字节
sizeof(const_DES_cblock ) = 8字节
sizeof(DES_key_schedule) = 128字节
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2. 基本宏定义
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#define DES_ENCRYPT 1
#define DES_DECRYPT 0
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3. 设置密钥函数
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//根据字符串生成key
void DES_string_to_key(const char *str, DES_cblock *key);
//will check that the key passed is of odd parity and is not a week or semi-weak key.
//If the parity is wrong, then -1 is returned. If the key is a weak key, then -2 is returned.
//If an error is returned, the key schedule is not generated
//设置密码表，并进行校验
int DES_set_key_checked(const_DES_cblock *key, DES_key_schedule *schedule);
//设置密码表，不需要校验
void DES_set_key_unchecked(const_DES_cblock *key, DES_key_schedule *schedule);
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4. DES ECB模式加解密API
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void DES_ecb_encrypt(const_DES_cblock *input, DES_cblock *output, DES_key_schedule *ks, int enc);
参数说明：
input：输入数据，8字节
output：输出数据，8字节
ks：密钥
enc：加密-DES_ENCRYPT，解密-DES_DECRYPT
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5. DES CBC模式加解密API
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void DES_ncbc_encrypt(const unsigned char *input, unsigned char *output, long length, DES_key_schedule *schedule, DES_cblock *ivec, int enc);
参数说明：
input: 输入参数，8字节倍数
output: 输出参数，8字节倍数
length: input的长度
schedule: 密钥
ivec: 初始向量, 8字节
enc: 加密-DES_ENCRYPT，解密-DES_DECRYPT
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三. DES 示例
1. DES ECB模式示例
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#include
#include
#include
#include
#include "hex.h"
/************************************************************************
* DES-ECB加密方式
* 8位密钥，加密内容8位补齐，补齐方式为：PKCS7。
*
* file: test_des_ecb.c
* gcc -Wall -O2 -o test_des_ecb test_des_ecb.c hex.c -lcrypto
*
* author: tonglulin@gmail.com by www.qmailer.net
************************************************************************/
int main(int argc, char *argv[])
{
DES_key_schedule ks;
int i = 0;
int len = 0;
int nlen = 0;
int count = 0;
char *data = "12345678123456781234567812345678"; /* 原始明文, 十六进制字符串 */
char *okey = "0000000000000000"; /* 原始密钥, 十六进制字符串 */
unsigned char ch = '\0';
unsigned char *ptr = NULL;
unsigned char src[16] = {0}; /* 补齐后的明文, data补齐后的1/2长度 */
unsigned char dst[16] = {0}; /* 解密后的明文, data补齐后的1/2长度 */
unsigned char out[8] = {0};
unsigned char tmp[8] = {0};
unsigned char block[8] = {0};
/* 设置密码表 */
ptr = hex2bin(okey, strlen(okey), &nlen);
memcpy(block, ptr, 8);
free(ptr);
DES_set_key_unchecked((const_DES_cblock*)block, &ks);
/* 分析补齐明文所需空间及补齐填充数据 */
len = strlen((char *)data);
ptr = hex2bin(data, len, &nlen);
len = (nlen / 8 + (nlen % 8 ? 1: 0)) * 8;
memcpy(src, ptr, len);
free(ptr);
ch = 8 - nlen % 8;
memset(src + nlen, ch, 8 - nlen % 8);
printf("加密之前: ");
for (i = 0; i < len; i++) {
printf("%.2X", *(src + i));
}
printf("\n");
/* 分组加密，每8字节一组 */
count = len / 8;
for (i = 0; i < count; i++) {
memcpy(tmp, src + 8 * i, 8);
DES_ecb_encrypt((const_DES_cblock*)tmp, (DES_cblock*)out, &ks, DES_ENCRYPT);
memcpy(dst + 8 * i, out, 8);
}
printf("加密之后: ");
for (i = 0; i < len; i++) {
printf("%.2X", *(dst + i));
}
printf("\n");
return 0;
}
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2. DES CBC模式示例
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#include
#include
#include
#include
#include "hex.h"
/************************************************************************
* DES-CBC加密方式
* 8位密钥，加密内容8位补齐，补齐方式为：PKCS7。
*
* file: test_des_cbc.c
* gcc -Wall -O2 -o test_des_cbc test_des_cbc.c hex.c -lcrypto
*
* author: tonglulin@gmail.com by www.qmailer.net
************************************************************************/
int main(int argc, char *argv[])
{
DES_key_schedule ks;
DES_cblock ivec = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};
int i = 0;
int len = 0;
int nlen = 0;
char *data = "12345678123456781234567812345678"; /* 原始明文, 十六进制字符串 */
char *okey = "0000000000000000"; /* 原始密钥, 十六进制字符串 */
unsigned char ch = '\0';
unsigned char *ptr = NULL;
unsigned char src[16] = {0}; /* 补齐后的明文, data补齐后的1/2长度 */
unsigned char dst[16] = {0}; /* 解密后的明文, data补齐后的1/2长度 */
unsigned char block[8] = {0};
/* 设置密码表 */
ptr = hex2bin(okey, strlen(okey), &nlen);
memcpy(block, ptr, 8);
free(ptr);
DES_set_key_unchecked((const_DES_cblock*)block, &ks);
/* 分析补齐明文所需空间及补齐填充数据 */
len = strlen((char *)data);
ptr = hex2bin(data, len, &nlen);
len = (nlen / 8 + (nlen % 8 ? 1: 0)) * 8;
memcpy(src, ptr, len);
free(ptr);
ch = 8 - nlen % 8;
memset(src + nlen, ch, 8 - nlen % 8);
printf("加密之前: ");
for (i = 0; i < len; i++) {
printf("%.2X", *(src + i));
}
printf("\n");
/* 加密块链式加密 */
DES_ncbc_encrypt(src, dst, sizeof(src), &ks, &ivec, DES_ENCRYPT);
printf("加密之后: ");
for (i = 0; i < len; i++) {
printf("%.2X", *(dst + i));
}
printf("\n");
return 0;
}
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3. 输出结果
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# ECB 模式
加密之前: 12345678123456781234567812345678
加密之后: 4A438AC15D8074B54A438AC15D8074B5
# CBC模式
加密之前: 12345678123456781234567812345678
加密之后: 4A438AC15D8074B58244AE0E7477AF78
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由结果可见，ECB和CBC模式的第一个8字节分组结果是一致的
四. HEX转换函数
1. HEX头文件 hex.h
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#ifndef _HEX_H_
#define _HEX_H_
char *bin2hex(unsigned char *data, int size);
unsigned char *hex2bin(const char *data, int size, int *outlen);
#endif
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1. HEX定义文件 hex.c
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#include
#include
#include
/************************************************************************
* 二进制字节数组转换十六进制字符串函数
* 输入：
* data 二进制字节数组
* size 二进制字节数组长度
* 输出：
* 十六进制字符串，需要free函数释放空间，失败返回NULL
*
* author: tonglulin@gmail.com by www.qmailer.net
************************************************************************/
char *bin2hex(unsigned char *data, int size)
{
int i = 0;
int v = 0;
char *p = NULL;
char *buf = NULL;
char base_char = 'A';
buf = p = (char *)malloc(size * 2 + 1);
for (i = 0; i < size; i++) {
v = data[i] >> 4;
*p++ = v < 10 ? v + '0' : v - 10 + base_char;
v = data[i] & 0x0f;
*p++ = v < 10 ? v + '0' : v - 10 + base_char;
}
*p = '\0';
return buf;
}
/************************************************************************
* 十六进制字符串转换二进制字节数组
* 输入：
* data 十六进制字符串
* size 十六进制字符串长度，2的倍数
* outlen 转换后的二进制字符数组长度
* 输出：
* 二进制字符数组，需要free函数释放空间，失败返回NULL
*
* author: tonglulin@gmail.com by www.qmailer.net
************************************************************************/
unsigned char *hex2bin(const char *data, int size, int *outlen)
{
int i = 0;
int len = 0;
char char1 = '\0';
char char2 = '\0';
unsigned char value = 0;
unsigned char *out = NULL;
if (size % 2 != 0) {
return NULL;
}
len = size / 2;
out = (unsigned char *)malloc(len * sizeof(char) + 1);
if (out == NULL) {
return NULL;
}
while (i < len) {
char1 = *data;
if (char1 >= '0' && char1 <= '9') {
value = (char1 - '0') << 4;
}
else if (char1 >= 'a' && char1 <= 'f') {
value = (char1 - 'a' + 10) << 4;
}
else if (char1 >= 'A' && char1 <= 'F') {
value = (char1 - 'A' + 10) << 4;
}
else {
free(out);
return NULL;
}
data++;
char2 = *data;
if (char2 >= '0' && char2 <= '9') {
value |= char2 - '0';
}
else if (char2 >= 'a' && char2 <= 'f') {
value |= char2 - 'a' + 10;
}
else if (char2 >= 'A' && char2 <= 'F') {
value |= char2 - 'A' + 10;
}
else {
free(out);
return NULL;
}
data++;
*(out + i++) = value;
}
*(out + i) = '\0';
if (outlen != NULL) {
*outlen = i;
}
return out;
}
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