数据加密算法
数据加密标准DES
数据加密算法（Data Encryption Algorithm，DEA）的数据加密标准（Data Encryption Standard，DES）是规范的描述，它出自
IBM 的研究工作，并在 1977 年被美国政府正式采纳。它很可能是使用最广泛的密钥系统，特别是在保护金融数据的安全中，最初开发的 DES 是嵌入硬 件中的。通常，自动取款机（Automated Teller Machine，ATM）都使用 DES。
DES 使用一个 56 位的密钥以及附加的 8 位奇偶校验位，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 个循环。
攻击 DES 的主要形式被称为蛮力的或彻底密钥搜索，即重复尝试各种密钥直到有一个符合为止。如果 DES 使用 56 位的密钥，则可能的密钥数量是 2 的 56 次方个。随着计算机系统能力的不断发展，DES 的安全性比它刚出现时会弱得多，然而从非关键性质的实际出发，仍可以认为它是足够的。不过 ，DES 现在仅用于旧系统的鉴定，而更多地选择新的加密标准 — 高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES）。
DES 的常见变体是三重 DES，使用 168 位的密钥对资料进行三次加密的一种机制；它通常（但非始终）提供极其强大的安全性。如果三个 56 位的子元素都相同，则三重 DES 向后兼容 DES。
IBM 曾对 DES 拥有几年的专利权，但是在 1983 年已到期，并且处于公有范围中，允许在特定条件下可以免除专利使用费而使用。
由于DES是加(解)密64位明(密)文，即为8个字节(8*8=64)，可以据此初步判断这是分组加密，加密的过程中会有16次循环与密钥置换过程，据此可以判断有可能是用到DES密码算法，更精确的判断还得必须懂得一点DES的加密过程。
Crackme实例分析
本期Crackme用到MD5及DES两种加密算法，难度适中。这次我们重点来看一下DES的加密过程及注册算法过程。用调试器载入程序，下GegDlgItemTextA断点，可以定位到下面代码，我们先来看一下整个crackme的注册过程：
由于代码分析太长，故收录到光盘中，请大家对照着分析（请见光盘“code1.doc”）
从上面分析可以看出，注册过程是类似：f(机器码，注册码)式的两元运算。机器码是经过md5算法得到的中间16位值，注册码是经过DES解密过程取得16位注册码，然后两者比较，如相等，则注册成功。机器码的运算过程可以参照上一期的MD5算法来理解。下面重点来说一下注册码DES的运算过程。
1、密钥处理过程：一般进行加解密过程都要初始化密钥处理。我们可以跟进004023FA CALL Crackme1.00401A40这个call,可以看到如下代码：
…(省略)...
00401A4D LEA ECX,DWORD PTR DS:[ECX]
00401A50 /MOV EDX,EAX
00401A52 |SHR EDX,3
00401A55 |MOV DL,BYTE PTR DS:[EDX+ESI]
00401A58 |MOV CL,AL
00401A5A |AND CL,7
00401A5D |SAR DL,CL
00401A5F |AND DL,1
00401A62 |MOV BYTE PTR DS:[EAX+417DA0],DL
00401A68 |INC EAX
00401A69 |CMP EAX,40 这里比较是否小于64
00401A6C /JL SHORT Crackme1.00401A50
以上过程就是去掉密钥各第八位奇偶位。
…(省略)...
00401AB0 |MOV DL,BYTE PTR DS:[ECX+417D9F]
00401AB6 |MOV BYTE PTR DS:[EAX+417BA3],DL
00401ABC |ADD EAX,4
00401ABF |CMP EAX,38 这里进行密钥变换
…(省略)...
00401BFF ||MOVSX ECX,BYTE PTR DS:[EAX+412215]
00401C06 ||MOV CL,BYTE PTR DS:[ECX+417D9F]
00401C0C ||MOV BYTE PTR DS:[EAX+417BA5],CL
00401C12 ||ADD EAX,6
00401C15 ||CMP EAX,30 这里产生48位的子密钥
00401C18 |/JL SHORT Crackme1.00401BA0
00401C1A |MOV EAX,DWORD PTR SS:[ESP+14]
00401C1E |MOV EDI,EAX
00401C20 |MOV ECX,0C
00401C25 |MOV ESI,Crackme1.00417BA0
00401C2A |REP MOVS DWORD PTR ES:[EDI],DWORD PTR D>
00401C2C |MOV EDI,DWORD PTR SS:[ESP+10]
00401C30 |ADD EAX,30 下一组子密钥
00401C33 |INC EDI
00401C34 |CMP EAX,Crackme1.00417B90 这里进行16次的生成子密钥过程
00401C39 |MOV DWORD PTR SS:[ESP+10],EDI
…(省略)...
可以看到8位密钥为：1,9,8,0,9,1,7,0
2、对数据处理的过程，跟进004024C7 CALL Crackme1.00402050，到如下代码：
00402072 |MOV BYTE PTR DS:[EAX+417E30],DL
00402078 |INC EAX
00402079 |CMP EAX,40 这里取得64位数据
0040207C /JL SHORT Crackme1.00402060
…(省略)...
004020C6 |MOV BYTE PTR DS:[EAX+417BA3],DL
004020CC |ADD EAX,4
004020CF |CMP EAX,40 进行第一次变换
004020D2 /JL SHORT Crackme1.00402080
004020D4 MOV AL,BYTE PTR SS:[ESP+20]
004020D8 TEST AL,AL
004020DA MOV ECX,10
…(省略)...
00402191 MOV EBP,DWORD PTR DS:[415094] ; Crackme1.00417E30
00402197 SUB EAX,EBP 这里对变换后的数据分为两部分
00402199 MOV DWORD PTR SS:[ESP+10],EAX
0040219D MOV DWORD PTR SS:[ESP+20],Crackme1.00417B60
004021A5 /MOV EAX,DWORD PTR SS:[ESP+20]
004021A9 |MOV ECX,8
004021AE |MOV ESI,EBP
004021B0 |MOV EDI,Crackme1.00417E10
004021B5 |PUSH EAX 这里用上面生成的子密钥来解密数据
004021B6 |MOV EBX,EBP
…(省略)...
004021FF |SUB EAX,30 下一个子密钥
00402202 |CMP EAX,Crackme1.00417890 这里将循环16次，典型的DES加解密过程
00402207 |MOV ECX,8
0040220C |MOV ESI,Crackme1.00417E10
00402211 |REP MOVS DWORD PTR ES:[EDI],DWORD PTR DS:[ESI>
…(省略)...
0040225A |MOV BYTE PTR DS:[EAX+417BA2],DL
00402260 |MOV DL,BYTE PTR DS:[ECX+417E2F]
00402266 |MOV BYTE PTR DS:[EAX+417BA3],DL
0040226C |ADD EAX,4
0040226F |CMP EAX,40 这里是未置换
00402272 /JL SHORT Crackme1.00402220
00402274 MOV EBP,DWORD PTR SS:[ESP+18]
00402278 MOV ECX,10
0040227D MOV ESI,Crackme1.00417BA0
…(省略)...
有兴趣的读者可以参考DES算法来理解上面的过程。
Crackme总结
要找到注册码，应该：对机器码生成的md5值，取前面16位，再用DES加密这16位字符，加密后的十六进制值即为注册码。如：机器码2747318257，变换后的md5值为7828e8ca43f7d8329ead4c1f aa39c1ec，取前16位7828e8ca43f7d832十六进制值(37 38 32 38 65 38 63 61 34 33 66 37 64 38 33 32)用DES加密后数据为5041a5d06937f8f73f87e68a0e7d2810，此即为真正的注册码。
DES算法的安全性
一.安全性比较高的一种算法,目前只有一种方法可以破解该算法,那就是穷举法.
二.采用64位密钥技术,实际只有56位有效,8位用来校验的.譬如,有这样的一台PC机器,它能每秒计算一百万次,那么256位空间它要穷举的时间为2285年.所以这种算法还是比较安全的一种算法.
TripleDES。该算法被用来解决使用 DES 技术的 56 位时密钥日益减弱的强度，其方法是：使用两个独立密钥对明文运行 DES 算法三次，从而得到 112 位有效密钥强度。TripleDES 有时称为 DESede（表示加密、解密和加密这三个阶段）。
//MYH.h部分
#ifndef MYH_H_INCLUDED
#define MYH_H_INCLUDED
#define MAX_LEN 128
typedef unsigned __int64 KEY;
const KEY ONE = 1u;
const KEY BASE28 = 268435455u;
const KEY BASE32 = 4294967295u;
const KEY BASE6 = 63u;
const int Ip[8][8] =
{
{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}
};
const int IpRev[8][8] =
{
{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}
};
const int E[8][6] =
{
{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}
};
const int P[4][8] =
{
{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},
};
const int PcOne[8][7] =
{
{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}
};
const int PcTwo[8][6] =
{
{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}
};
const int LeftMove[16] = {1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};
const int S[8][4][16] =
{
{
{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}
},
{
{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}
},
{
{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}
},
{
{7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15},
{13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9},
{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}
},
{
{2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,9},
{14,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9,8,6},
{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}
},
{
{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}
},
{
{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}
},
{
{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}
}
};
#endif // MYH_H_INCLUDED
//main函数部分
#include <iostream>
#include "MyH.h"
using namespace std;
KEY SonKey[16];
void PrintB(KEY key,int len)
{
for (int i = len - 1;i >= 0;i--)
{
if ((i + 1) % 8 == 0)
printf(" ");
if (key & (ONE << i))
printf("1");
else
printf("0");
}
printf("/n");
}
KEY GetTheKey(int cho)
{
KEY key;
printf("/n请输入一个整型数作为%s密钥:",cho == 0 ? "加密" : "解密");
scanf("%I64u",&key);
return key;
}
KEY GetTheIn()
{
KEY key;
printf("请输入一个整型数作为明文:");
scanf("%I64u",&key);
return key;
}
KEY SelectKeyOne(KEY key)
{
int count = 56;
KEY newKey = 0;
for (int i = 0;i < 8;i++)
for (int j = 0;j < 7;j++)
newKey |= ((key & (ONE << (64 - PcOne[i][j]))) >> (64 - PcOne[i][j])) << (--count);
return newKey;
}
KEY SelectKeyTwo(KEY key)
{
int count = 48;
KEY son = 0;
for (int i = 0;i < 8;i++)
for (int j = 0;j < 6;j++)
son |= ((key & (ONE << (56 - PcTwo[i][j]))) >> (56 - PcTwo[i][j])) << (--count);
return son;
}
void GetSonKey(KEY newKey)
{
KEY C0,D0;
C0 = (newKey & (BASE28 << 28)) >> 28;
D0 = newKey & BASE28;
for (int i = 0;i < 16;i++)
{
C0 = (C0 << LeftMove[i]) | (C0 >> (28 - LeftMove[i]));
D0 = (D0 << LeftMove[i]) | (D0 >> (28 - LeftMove[i]));
C0 &= BASE28;
D0 &= BASE28;
SonKey[i] = SelectKeyTwo((C0 << 28) | D0);
}
}
KEY IpExchange(KEY in)
{
int count = 64;
KEY newIn = 0;
for (int i = 0;i < 8;i++)
for (int j = 0;j < 8;j++)
newIn |= ((in & (ONE << (64 - Ip[i][j]))) >> (64 - Ip[i][j])) << (--count);
return newIn;
}
KEY EExchange(KEY RIn)
{
int count = 48;
KEY newRIn = 0;
for (int i = 0;i < 8;i++)
for (int j = 0;j < 6;j++)
newRIn |= ((RIn & (ONE << (32 - E[i][j]))) >> (32 - E[i][j])) << (--count);
return newRIn;
}
KEY PExchange(KEY Ekey)
{
int count = 32;
KEY Pkey = 0;
for (int i = 0;i < 4;i++)
for (int j = 0;j < 8;j++)
Pkey |= ((Ekey & (ONE << (32 - P[i][j]))) >> (32 - P[i][j])) << (--count);
return Pkey;
}
KEY IpRevExchange(KEY RL)
{
int count = 64;
KEY kKey = 0;
for (int i = 0;i < 8;i++)
for (int j = 0;j < 8;j++)
kKey |= ((RL & (ONE << (64 - IpRev[i][j]))) >> (64 - IpRev[i][j])) << (--count);
return kKey;
}
KEY ResFromS(KEY inS,int index)
{
KEY sKey;
int col = (inS & 30u) >> 1;
int row = ((inS & (1 << 5)) >> 4) | (inS & 1);
sKey = S[index][row][col];
return sKey;
}
KEY SFunc(KEY RIn,KEY sonKey)
{
int count = 0;
KEY newRes = 0;
KEY newRIn = EExchange(RIn) ^ sonKey;
for (int i = 7;i >= 0;i--)
{
newRes |= ResFromS(newRIn & BASE6,i) << (count * 4);
newRIn >>= 6;
count++;
}
newRes = PExchange(newRes);
return newRes;
}
KEY Encryption(KEY inKey)
{
KEY L0,R0,L,R,in;
in = IpExchange(inKey);
L0 = (in & (BASE32 << 32)) >> 32;
R0 = in & BASE32;
for (int i = 0;i < 16;i++)
{
L = R0;
R = L0 ^ SFunc(R0,SonKey[i]);
L0 = L;
R0 = R;
}
return IpRevExchange((R << 32) | L);
}
KEY Decryption(KEY outKey)
{
KEY L0,R0,L,R,in;
in = IpExchange(outKey);
L0 = (in & (BASE32 << 32)) >> 32;
R0 = in & BASE32;
for (int i = 15;i >= 0;i--)
{
L = R0;
R = L0 ^ SFunc(R0,SonKey[i]);
L0 = L;
R0 = R;
}
return IpRevExchange((R << 32) | L);
}
int Menu()
{
int choose;
printf("1、文件加密/n/n");
printf("2、文件解密/n/n");
printf("3、退出/n/n");
printf("请输入你的想选项：");
scanf("%d",&choose);
while (choose != 1 && choose != 2 && choose != 3)
{
printf("/n选项不存在，请重新输入：");
scanf("%d",&choose);
}
return choose;
}
int main()
{
int cho;
char fname1[MAX_LEN],fname2[MAX_LEN];
KEY secretKey,inKey,outKey;
while ((cho = Menu()) != 3)
{
if (cho == 1)
{
printf("/n请输入你要加密的明文文件名：");
scanf("%s",fname1);
printf("/n请输入你要创建的密文文件名：");
scanf("%s",fname2);
secretKey = GetTheKey(0);
GetSonKey(SelectKeyOne(secretKey));
FILE * fpr = fopen(fname1,"rb");
if (!fpr)
{
printf("/n打开明文文件失败！/n");
exit(0);
}
FILE * fpw = fopen(fname2,"wb");
if (!fpw)
{
printf("/n创建密文文件失败！/n");
exit(0);
}
while (inKey = 0,fread(&inKey,1,sizeof(KEY),fpr))
{
outKey = Encryption(inKey);
fwrite(&outKey,sizeof(KEY),1,fpw);
}
fclose(fpw);
fclose(fpr);
printf("/n文件加密成功！/n/n");
}
else
{
printf("/n请输入你要解密的密文文件名：");
scanf("%s",fname1);
printf("/n请输入你要创建的明文文件名：");
scanf("%s",fname2);
secretKey = GetTheKey(1);
GetSonKey(SelectKeyOne(secretKey));
FILE * fpr = fopen(fname1,"rb");
if (!fpr)
{
printf("/n打开明文文件失败！/n");
exit(0);
}
FILE * fpw = fopen(fname2,"wb");
if (!fpw)
{
printf("/n创建密文文件失败！/n");
exit(0);
}
while (inKey = 0,fread(&inKey,1,sizeof(KEY),fpr))
{
outKey = Decryption(inKey);
fwrite(&outKey,sizeof(KEY),1,fpw);
}
fclose(fpw);
fclose(fpr);
printf("/n文件解密成功！/n/n");
}
}
return 0;
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