DES密码算法和python实现
1. 前言
DES 算法是一种常见的分组加密算法，由IBM公司在1971年提出。DES 算法是分组加密算法的典型代表。其加密运算、解密运算使用相同的秘钥。
DES 算法利用56+8奇偶校验位（第8,16,24,32,40,48,56,64）=64位的密钥对以64位为单位的块数据进行加解密。
DES算法是以64位为一组分组加密的，所以当输入的明文长度，不满足64的整数倍时，需要涉及到数据的填充。
DES算法将输入明文分为N个64位大小的分组，然后依次根据加密运算，生成N组加密后的密文 ，将生成的N组密文，就是我们要最终的成果——DES密文输出。
包含DES算法在内的现代密码学知识可以查看以下博客
CISSP考试要求里的“应用密码学”内容辅助记忆趣味串讲_晓翔仔的博客-CSDN博客
2. DES加密原理
2.1 初始置换
初始置换就是将明文M打乱重排序。并生成L0 , R0
2.2 生成子秘钥
DES加密的过程，明文M共经历了16次运算迭代，每次迭代的数据长度是48 ，因此我们需要16组48位的加密秘钥来进行加密。
PC-1置换
PC-2置换
2.3 迭代的过程
f函数
f函数就是不断计算Li,Ri的过程，此过程包括四个部分：E盒置换、S盒置换、P盒置换、左右校验
2.4 逆置换
2.5 解密
解密过程同加密过程，只不过是按照反向的次序。
2.6 数据填充
当明文长度不为分组长度的整数倍时，需要在最后一个分组中填充一些数据使其凑满一个分组长度。
NoPadding
API或算法本身不对数据进行处理，加密数据由加密双方约定填补算法。例如若对字符串数据进行加解密，可以补充\\0或者空格，然后trim
PKCS5Padding
加密前：数据字节长度对8取余，余数为m，若m>0,则补足8-m个字节，字节数值为8-m，即差几个字节就补几个字节，字节数值即为补充的字节数，若为0则补充8个字节的8
解密后：取最后一个字节，值为m，则从数据尾部删除m个字节，剩余数据即为加密前的原文。
加密字符串为为AAA，则补位为AAA55555;加密字符串为BBBBBB，则补位为BBBBBB22；加密字符串为CCCCCCCC，则补位为CCCCCCCC88888888。
PKCS7Padding
PKCS7Padding 的填充方式和PKCS5Padding 填充方式一样。只是加密块的字节数不同。PKCS5Padding明确定义了加密块是8字节，PKCS7Padding加密快可以是1-255之间。
2.7 加密模式
电子代码本(Electronic CodeBook， ECB)模式
一般用途：加密少量数据，如秘钥和PIN值
密码分组链接(Cipher Block Chaini吨， CBC)模式
一般用途：加密大型数据
密码回馈(Cipher FeedBack， CFB)模式
一般用途：加密较小数据，单独加密每个位
输出回馈(Output FeedBack， OFB)模式
特点：比OFB发生扩展错误的可能性小
计数(CounTeR， CTR)模式。
特点：IV计数器，并行
参考
这篇博客将DES加密原理讲的通俗易懂，值得阅读。
DES加密算法原理及代码实现_des加密算法代码_better_hui的博客-CSDN博客
3. 代码实现
3.1 ECB和CBC模式的加解密代码
from pyDes import des, CBC, PAD_PKCS5
import binasciidef bytesToHexString(data):temp = []for i in data:temp.append('0x%02X' % i)return temp"""DES-ECB 加密:param s: 原始字符串,密钥:return: 加密后字符串，16进制"""def des_encrypt(s, key):secret_key = keyiv = secret_keyk = des(secret_key)en = k.encrypt(s)return binascii.b2a_hex(en)"""DES-ECB 解密:param s: 原始字符串,密钥:return: 解密后字符串，16进制"""def des_decrypt(s, key):secret_key = keyiv = secret_keyk = des(secret_key)en = k.decrypt(s)return binascii.b2a_hex(en)"""DES-CBC 加密:param s: 原始字符串,密钥:return: 加密后字符串，16进制"""def des_cbc__encrypt(s, key, iv):secret_key = keyk = des(secret_key, mode=CBC, IV=iv)en = k.encrypt(s)return binascii.b2a_hex(en)"""DES-CBC 加密:param s: 原始字符串,密钥:return: 加密后字符串，16进制"""def des_cbc__decrypt(s, key, iv):secret_key = keyk = des(secret_key, mode=CBC, IV=iv)en = k.decrypt(s)return binascii.b2a_hex(en)if __name__ == '__main__':data = '1111111111111111'key = '1111111111111111'iv = '1111111111111111' # iv 仅仅用于cbc模式,若iv设置为全0，则CBC模式的计算结果和ECB模式是一样的print("data:", data, "key:", key, "iv:", iv)print("des ecb encrypt result:", des_encrypt(bytes.fromhex(data), bytes.fromhex(key)))print("des ecb decrypt result:", des_decrypt(bytes.fromhex(data), bytes.fromhex(key)))print("des cbc encrypt result:",des_cbc__encrypt(bytes.fromhex(data), bytes.fromhex(key), bytes.fromhex(iv)))print("des cbc decrypt result:",des_cbc__decrypt(bytes.fromhex(data), bytes.fromhex(key), bytes.fromhex(iv)))
自测结果
data: 1111111111111111 key: 1111111111111111 iv: 1111111111111111
des ecb encrypt result: b'f40379ab9e0ec533'
des ecb decrypt result: b'237b2304c393d3ac'
des cbc encrypt result: b'82e13665b4624df5'
des cbc decrypt result: b'326a3215d282c2bd'Process finished with exit code 03.2 一种应用场景下的DES解码编码python代码
已知：
1.使用DES ECB密码算法，秘钥已经获取到。
2. 获取到"明文前缀“+密文"，都是十六进制表示，密文由"固定长度的固定位 + 时间戳+ crc"组成。crc 使用ccitt_false模式。
需要：
明文前缀不变，密文DES解码后，更新时间戳为最新，并重新计算crc，再加密生成转发数据。
python程序：
import pyDes
from pyDes import des, CBC, PAD_PKCS5, ECB
import binascii
import datetime
from time import time
from binascii import unhexlify
from crcmod import mkCrcFun# CRC16/CCITT
def crc16_ccitt(s):crc16 = mkCrcFun(0x11021, rev=True, initCrc=0x0000, xorOut=0x0000)return get_crc_value(s, crc16)# CRC16/CCITT-FALSE
def crc16_ccitt_false(s):crc16 = mkCrcFun(0x11021, rev=False, initCrc=0xFFFF, xorOut=0x0000)return get_crc_value(s, crc16)# CRC16/MODBUS
def crc16_modbus(s):crc16 = mkCrcFun(0x18005, rev=True, initCrc=0xFFFF, xorOut=0x0000)return get_crc_value(s, crc16)# CRC16/XMODEM
def crc16_xmodem(s):crc16 = mkCrcFun(0x11021, rev=False, initCrc=0x0000, xorOut=0x0000)return get_crc_value(s, crc16)# common func
def get_crc_value(s, crc16):data = s.replace(' ', '')crc_out = hex(crc16(unhexlify(data))).upper()str_list = list(crc_out)if len(str_list) == 5:str_list.insert(2, '0') # 位数不足补0crc_data = ''.join(str_list[2:])# return crc_data[:2] + ' ' + crc_data[2:]return crc_data[:2] + crc_data[2:]def bytesToHexString(data):temp = []for i in data:temp.append('0x%02X' % i)return temp"""DES-ECB 加密:param s: 原始字符串,密钥:return: 加密后字符串，16进制"""def des_encrypt(s, key):secret_key = keyiv = secret_keyk = des(secret_key, pyDes.ECB, IV=iv, padmode=pyDes.PAD_PKCS5)en = k.encrypt(s)return binascii.b2a_hex(en)"""DES-ECB 解密:param s: 原始字符串,密钥:return: 解密后字符串，16进制"""def des_decrypt(s, key):secret_key = keyiv = secret_keyk = des(secret_key, pyDes.ECB, IV=iv, padmode=pyDes.PAD_PKCS5)en = k.decrypt(s)return binascii.b2a_hex(en)if __name__ == '__main__':key = '1111111111111111'input_data = '0101e1618051991f4520329c8dec711dd986f7ebf5dcdf7aeec6'print("输入报文：", input_data)fix_mingwen = input_data[:4]print("输入数据的明文部分是", fix_mingwen)input_data_miwen = input_data[4:]print("输入数据的密文部分是：", input_data_miwen)data_body = repr(des_decrypt(bytes.fromhex(input_data_miwen), bytes.fromhex(key)))[2:-1]print("解密后的明文：", data_body)# 计算此刻的时间戳timestamp = hex(int(time())).strip("0x")print("此时的时间戳:", timestamp)# 计算明文data_body = repr(data_body)[1:29] + timestamp#crc16 计算有多种模式，这里用crc16_ccitt_falsecrc16_result = crc16_ccitt_false(data_body)data_body = data_body + crc16_resultprint("更新的时间戳的明文:", data_body)data_body_secrect = des_encrypt(bytes.fromhex(data_body), bytes.fromhex(key))data_body_secrect = repr(data_body_secrect)[2:-1]print("加密后的密文: ", data_body_secrect)data_body_secrect_all = fix_mingwen + data_body_secrectprint("输出加密后的完整报文:", data_body_secrect_all)data_body_length = len(data_body_secrect_all) // 2dataList = []for i in range(0, data_body_length):dataList.append(data_body_secrect_all[2 * i] + data_body_secrect_all[2 * i + 1]) # 每个字节由相邻两个16机制字符组成data_body_kongge = " ".join(dataList)print("含有空格的报文表示：", data_body_kongge)自测结果：
输入报文： 0101e1618051991f4520329c8dec711dd986f7ebf5dcdf7aeec6
输入数据的明文部分是 0101
输入数据的密文部分是： e1618051991f4520329c8dec711dd986f7ebf5dcdf7aeec6
解密后的明文： 7072656668313233343536373839644335d2ff0b
此时的时间戳: 64433e0f
更新的时间戳的明文: 707265666831323334353637383964433e0f3921
加密后的密文: e1618051991f4520329c8dec711dd986d35c06166403b220
输出加密后的完整报文: 0101e1618051991f4520329c8dec711dd986d35c06166403b220
含有空格的报文表示： 01 01 e1 61 80 51 99 1f 45 20 32 9c 8d ec 71 1d d9 86 d3 5c 06 16 64 03 b2 20Process finished with exit code 05. 最后
DES由于密钥过短，并不认识是安全的密码学算法。一般推荐更新为3DES算法。