DES的雪崩效应分析

明文固定，密钥改变一个字节

假定明文为11111111（00000001 00000001 00000001 00000001 00000001 00000001 00000001 00000001）；

密钥为12345678（00000001 00000010 00000011 00000100 00000101 00000110 00000111 00001000）。

密钥变动为10345678（00000001 00000000 00000011 00000100 00000101 00000110 00000111 00001000）仅变动一位。

进行分析：

使用原密钥12345678加密后的最终结果为：

D 6 9 0 F 1 E E 3 4 B C 5 5 4 5

使用变动后密钥10345678加密后的最终结果为：

4 7 B 3 6 1 5 5 A 5 B 3 1 5 2 A

每一轮数出的加密结果详见附录A，通过统计分析，得到每一轮的加密结果差异bit位数如下表所示：

加密轮数 1 2 3 4 5 6 7 8
密文相差bit数 4 18 29 29 30 28 28 28
加密轮数 9 10 11 12 13 14 15 16
密文相差bit数 29 30 27 31 32 29 28 28

密钥固定，明文改变一个字节

假定密钥为11111111（00000001 00000001 00000001 00000001 00000001 00000001 00000001 00000001）；

明文为12345678（00000001 00000010 00000011 00000100 00000101 00000110 00000111 00001000）。

明文变动为10345678（00000001 00000000 00000011 00000100 00000101 00000110 00000111 00001000）仅变动一位。

进行分析：

将原明文12345678加密后的最终结果为：

9 9 F B 3 C A 8 1 4 2 E 8 3 2 1

将变动后的明文10345678加密后的最终结果为：

2 7 8 B F B E 1 9 F 8 D 7 2 3 6

每一轮数出的加密结果详见附录A，通过统计分析，得到每一轮的加密结果差异bit位数如下表所示：

通过统计分析，可以得到

加密轮数 1 2 3 4 5 6 7 8
密文相差bit数 1 4 15 31 33 33 37 34
加密轮数 9 10 11 12 13 14 15 16
密文相差bit数 32 37 37 33 28 30 36 34

由此可以看出，DES加密具有雪崩效应。

设计Feistel结构密码

Feistel密码结构设计思路：

  • 令\(F\)为轮函数；
  • 令\(K_1,K_2,\cdots,K_i,\cdots,K_n\)分别为第\(1,2,\cdots,i,\cdots,n\)轮的子密钥。
  • 在每一轮中，将明文信息均分为两块\((L_0,R_0)\)；
  • 加密过程：\(L_i = R_{i-1}; R_i = L_{i-1} \oplus F(R_{i-1},K_i)\)
  • 解密过程：\(R_{i-1} = L_i; L_{i-1} = R_i\oplus F(R_{i-1},K_i) = R_i\oplus F(L_i,K_i)\)

?

与DES不同的设计

密钥设计

密钥总长度为192bit，设置时字符均为标准ASCII字符。密钥前128位和后64位组合，实现CM方式加密。

轮密钥生成

取出密钥前128bit，分为左64bit和右64bit，每一轮加密过程中，左右64bit循环左移4位。将移位后的左右半密钥做模2加运算。同时，在每轮中，密钥的后64bit循环左移4位。将两部分做模2加运算。最终得到64bit密钥。对于得到的64bit密钥，将其分为四段，每段16bit，做模2加运算后得到16bit密钥，扩展三倍，得到每轮所需要的轮密钥。

过程如下图所示

?

程序测试：

?

相关代码详见附录B

附录A

原密钥加密各轮产生的密文bit

1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1

1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1

0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1

1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1

0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1

1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1

0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0

0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1

1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1

1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1

1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0

0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0

0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1

1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0

0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1

改变密钥后各轮得到的密文bit

1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1

1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1

0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1

0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1

0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1

1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1

0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1

0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0

1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1

0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1

0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1

0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1

1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1

0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0

1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0

1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1

原明文加密各轮产生的密文bit

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1

1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1

1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0

1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1

0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0

0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0

1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1

0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1

1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0

0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1

0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0

0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1

1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0

0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1

0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1

1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0

改变明文后各轮得到的密文bit

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1

1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1

1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1

1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1

1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0

0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1

0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0

1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0

0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0

1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1

1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1

0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0

1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1

0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0

1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0

1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1

附录B

#ifndef _TABLES_H_
#define _TABLES_H_  

const char IP_Table[64]={
    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 char IPR_Table[64]={
    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
};

static char E_Table[48]={
    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
};

static char S_Box[8][4][16]={
    //S1
    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,
    //S2
    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,
    //S3
    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,
    //S4
     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,
    //S5
     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,
    //S6
    12, 1,10,15, 9, 2, 6, 8, 0,13, 3, 4,14, 7, 5,11,
    10,15, 4, 2, 7,12, 0, 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,
    //S7
     4,11, 2,14,15, 0, 8,13, 3,12, 9, 7, 5,10, 6, 1,
    13, 0,11, 7, 4, 0, 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,
    //S8
    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
};

static char P_Table[32]={
    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
};

static bool SubKey[16][48]={0};

#endif


//
//  main.cpp
//  DES
//
//  Created by tinoryj on 2017/3/26.
//  Copyright ? 2017年 tinoryj. All rights reserved.
//

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "tables.h"
#include <iostream>
using namespace std;

void BitsCopy(bool *DatOut,bool *DatIn,int Len);  // 数组复制
void ByteToBit(bool *DatOut,char *DatIn,int Num); // 字节到位
void BitToByte(char *DatOut,bool *DatIn,int Num); // 位到字节
void BitToHex(char *DatOut,bool *DatIn,int Num);  // 二进制到十六进制 64位 to 4*16字符
void HexToBit(bool *DatOut,char *DatIn,int Num);  // 十六进制到二进制
void TablePermute(bool *DatOut,bool *DatIn,const char *Table,int Num); // 位表置换函数
void LoopMove(bool *DatIn,int Len,int Num);     // 循环左移 Len长度 Num移动位数
void Xor(bool *DatA,bool *DatB,int Num);         // 异或函数
void S_Change(bool DatOut[32],bool DatIn[48]);   // S盒变换
void F_Change(bool DatIn[32],bool DatKi[48]);    // F函数
void SetKey(char KeyIn[24]);                         // 设置密钥
void PlayDes(char MesOut[8],char MesIn[8]);       // 执行DES加密
void KickDes(char MesOut[8],char MesIn[8]);             // 执行DES解密

int main(){
    char MesHex[16];         // 16个字符数组用于存放 64位16进制的密文
    char MyKey[25];           // 初始密钥 8字节*8
    char MyMessage[8];       // 初始明文
    cout<<"Input Message:64bit:"<<endl;
    cin>>MyMessage;            // 明文
    cout<<"Input Secret Key:192bit"<<endl;
    cin>>MyKey;                  // 密钥
    int len = 0;
    while(MyKey[len]!=‘\0‘)
        len++;
    while(len!=24){
        cout<<"Input Correct Secret Key!"<<endl;
        cin>>MyKey;
        len = 0;
        while(MyKey[len]!=‘\0‘)
            len++;
    }
    SetKey(MyKey);               // 设置密钥 得到子密钥Ki
    PlayDes(MesHex,MyMessage);   // 执行DES加密
    cout<<"Encrypting:"<<endl;  // 信息已加密
    for(int i = 0; i < 16; i++)
        cout<<MesHex[i];
    cout<<endl;
    KickDes(MyMessage,MesHex);                     // 解密输出到MyMessage
    cout<<"Deciphering:"<<endl;
    for(int i = 0; i < 8; i++)
        cout<<MyMessage[i];
    cout<<endl;
}
//位移动
void BitsCopy(bool *DatOut,bool *DatIn,int Len){
    for(int i = 0; i < Len; i++)
        DatOut[i] = DatIn[i];
}
//字节转换成位
void ByteToBit(bool *DatOut,char *DatIn,int Num){
    for(int i = 0; i < Num; i++)
        DatOut[i] = (DatIn[i / 8] >> (i % 8)) & 0x01;
}
//位转换成字节
void BitToByte(char *DatOut,bool *DatIn,int Num){
    for(int i = 0; i < (Num / 8); i++)
        DatOut[i] = 0;
    for(int i = 0; i < Num; i++)
        DatOut[i / 8] |= DatIn[i] << (i % 8);
}
//二进制密文转换为十六进制
void BitToHex(char *DatOut,bool *DatIn,int Num){
    for(int i = 0; i < Num / 4; i++)
        DatOut[i] = 0;
    for(int i = 0; i < Num / 4; i++){
        DatOut[i] = DatIn[i * 4] + (DatIn[i * 4 + 1] << 1) + (DatIn[i * 4 + 2] << 2) + (DatIn[i * 4 + 3] << 3);
        if((DatOut[i] % 16) > 9)
            DatOut[i] = DatOut[i] % 16 + ‘7‘;       //  余数大于9时处理 10-15 to A-F
        else
            DatOut[i] = DatOut[i] % 16 + ‘0‘;
    }
}
//十六进制字符转二进制
void HexToBit(bool *DatOut,char *DatIn,int Num){
    for(int i = 0; i < Num; i++){
        if((DatIn[i / 4]) > ‘9‘)         //  大于9
            DatOut[i] = ((DatIn[i / 4] - ‘7‘) >> (i % 4)) & 0x01;
        else
            DatOut[i] = ((DatIn[i / 4] - ‘0‘) >> (i % 4)) & 0x01;
    }
}
//表置换函数
void TablePermute(bool *DatOut,bool *DatIn,const char *Table,int Num){
    static bool Temp[256]={0};
    for(int i = 0; i < Num; i++)                // Num为置换的长度
        Temp[i] = DatIn[Table[i] - 1];  // 原来的数据按对应的表上的位置排列
    BitsCopy(DatOut,Temp,Num);       // 把缓存Temp的值输出
}
// 子密钥的移位
void LoopMove(bool *DatIn,int Len,int Num){

    static bool Temp[256]={0};
    BitsCopy(Temp,DatIn,Num);       // 将数据最左边的Num位(被移出去的)存入Temp
    BitsCopy(DatIn,DatIn+Num,Len-Num); // 将数据左边开始的第Num移入原来的空间
    BitsCopy(DatIn+Len-Num,Temp,Num);  // 将缓存中移出去的数据加到最右边
}
// 按位异或
void Xor(bool *DatA,bool *DatB,int Num){
    for(int i = 0; i < Num; i++)
        DatA[i] = DatA[i] ^ DatB[i];
}
// S盒
void S_Change(bool DatOut[32],bool DatIn[48]){
    for(int i = 0,Y = 0,X = 0; i < 8; i++,DatIn += 6,DatOut += 4){   // 每执行一次,输入数据偏移6位,输出数据偏移4位
        Y = (DatIn[0] << 1) + DatIn[5];                          //af代表第几行
        X = (DatIn[1] << 3) + (DatIn[2] << 2) + (DatIn[3] << 1) + DatIn[4]; // bcde代表第几列
        ByteToBit(DatOut,&S_Box[i][Y][X],4);      // 把找到的点数据换为二进制
    }
}
// F函数
void F_Change(bool DatIn[32],bool DatKi[48]){
    bool MiR[48] = {0};             // 输入32位通过E选位变为48位
    TablePermute(MiR,DatIn,E_Table,48);
    Xor(MiR,DatKi,48);                   // 和子密钥异或
    S_Change(DatIn,MiR);                 // S盒变换
    TablePermute(DatIn,DatIn,P_Table,32);   // P置换后输出
}

void SetKey(char KeyIn[8]){      // 设置密钥 获取子密钥Ki
    static bool KeyBit[192]={0};                // 密钥二进制存储空间
    static bool *KiL =&KeyBit[0],*KiR =&KeyBit[64],*KiB =&KeyBit[128];
    ByteToBit(KeyBit,KeyIn,192);                    // 把密钥转为二进制存入KeyBit
    for(int i = 0; i < 16; i++){
        LoopMove(KiL,64,4);
        LoopMove(KiR,64,4);
        LoopMove(KiB,64,4);
        bool temp[64] = {0};
        for(int j = 0; j < 64; j++){
            temp[j] = KeyBit[i] ^ KeyBit[i + 64];
            temp[j] = temp[j] ^ KeyBit[i + 128];
        }
        bool tep[48] = {0};
        for(int j = 0; j < 16; j++){
            tep[j] = (temp[j]^temp[j+16])^(temp[j+32]^temp[j+48]);
            tep[j+16] = tep[j];
            tep[j+32] = tep[j];
        }
        for(int j = 0; j < 16; j++)
            SubKey[i][j] = tep[j];
    }
}
// 执行DES加密
void PlayDes(char MesOut[8],char MesIn[8]){
    static bool MesBit[64]={0};        // 明文二进制存储空间 64位
    static bool Temp[32]={0};
    static bool *MiL=&MesBit[0],*MiR=&MesBit[32]; // 前32位 后32位
    ByteToBit(MesBit,MesIn,64);                 // 把明文换成二进制存入MesBit
    TablePermute(MesBit,MesBit,IP_Table,64);    // IP置换
    for(int i = 0; i < 16; i++){
        BitsCopy(Temp,MiR,32);            // 临时存储
        F_Change(MiR,SubKey[i]);          // F函数变换
        Xor(MiR,MiL,32);                  // 得到Ri
        BitsCopy(MiL,Temp,32);            // 得到Li
    }
    TablePermute(MesBit,MesBit,IPR_Table,64);
    BitToHex(MesOut,MesBit,64);
}
// 执行DES解密
void KickDes(char MesOut[8],char MesIn[8]){
    static bool MesBit[64]={0};        // 密文二进制存储空间 64位
    static bool Temp[32]={0};
    static bool *MiL=&MesBit[0],*MiR=&MesBit[32]; // 前32位 后32位
    HexToBit(MesBit,MesIn,64);                 // 把密文换成二进制存入MesBit
    TablePermute(MesBit,MesBit,IP_Table,64);    // IP置换
    for(int i = 15; i >= 0; i--){
        BitsCopy(Temp,MiL,32);
        F_Change(MiL,SubKey[i]);
        Xor(MiL,MiR,32);
        BitsCopy(MiR,Temp,32);
    }
    TablePermute(MesBit,MesBit,IPR_Table,64);
    BitToByte(MesOut,MesBit,64);
}
时间： 2024-10-03 22:39:08

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缓存穿透，缓存击穿，缓存雪崩解决方案分析

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雪崩效应

微服务化产品线,每一个服务专心于自己的业务逻辑,并对外提供相应的接口,看上去似乎很明了,其实还有很多的东西需要考虑,比如:服务的自动扩充,熔断和限流等,随着业务的扩展,服务的数量也会随之增多,逻辑会更加复杂,一个服务的某个逻辑需要依赖多个其他服务才能完成.一但一个依赖不能提供服务很可能会产生雪崩效应,最后导致整个服务不可访问.微服务之间进行rpc或者http调用时,我们一般都会设置调用超时,失败重试等机制来确保服务的成功执行,看上去很美,如果不考虑服务的熔断和限流,就是雪崩的源头.假设我们有两个

如何设计缓存系统：缓存穿透，缓存击穿，缓存雪崩解决方案分析

前言 设计一个缓存系统,不得不要考虑的问题就是:缓存穿透.缓存击穿与失效时的雪崩效应. 缓存穿透 缓存穿透是指查询一个一定不存在的数据,由于缓存是不命中时被动写的,并且出于容错考虑,如果从存储层查不到数据则不写入缓存,这将导致这个不存在的数据每次请求都要到存储层去查询,失去了缓存的意义. 在流量大时,可能DB就挂掉了,要是有人利用不存在的key频繁攻击我们的应用,这就是漏洞. 解决方案 有很多种方法可以有效地解决缓存穿透问题,最常见的则是采用布隆过滤器,将所有可能存在的数据哈希到一个足够大的bi

架构设计之防止或缓解雪崩效应

熔断 当某个服务调用慢或者有大量超时现象(过载),系统停止后续针对该服务的调用而直接返回,直至情况好转才恢复调用.这通常是为防止造成整个系统故障而采取的一种保护措施,也称过载保护.很多时候刚开始,可能只是出现了局部小规模系统故障,但后来故障影响的范围越来越大,最终导致了全局性的后果. 限流 对某个服务调用设置最高QPS阈值,高于阈值的请求放弃调用直接返回.这种模式不能解决服务依赖的问题,只能解决系统整体资源分配问题,因为没有被限流的请求依然有可能造成雪崩效应. 限流处理方案: 限制最大并发数:

Hystrix 解决服务雪崩效应

1.服务雪崩效应 默认情况下tomcat只有一个线程池去处理客户端发送的所有服务请求,这样的话在高并发情况下,如果客户端所有的请求堆积到同一个服务接口上, 就会产生tomcat的所有线程去处理该服务接口,可能会导致其他服务接口访问延迟: 2.Hystrix服务保护框架,在微服务中Hystrix为我们解决了哪些事情? Hystrix 别名"豪猪" 1)断路器 2)服务降级 3)服务熔断 4)服务隔离机制 5)服务雪崩效应 -->连环雪崩效应,如果比较严重的话,可能会导致整个微服务接

主效应|处理误差 |组间误差|处理效应|随机误差|组内误差|误差|效应分析|方差齐性检验|SSE|SSA|SST|MSE|MSA|F检验|关系系数|完全随机化设计|区组设计|析因分析

8 什么是只考虑主效应的方差分析? 就是不考虑交互效应的方差分析,即认为因素之间是不相互影响的,就是无重复的方差分析.   什么是处理误差 (treatment error).组间误差(between-group error).处理效应(treatment effect)? 这三者都是同一个东西.处理误差 (treatment error) — 组间误差(between-group error) 由于不同处理造成的误差,它反映了处理(超市位置)对观测数据(销售额)的影响,因此称为处理效应(tre

Cache雪崩效应

大概半年前,Guang.com曾发生一次由于首页部分cache失效,导致网站故障. 故障分析: 当时逛正在做推广,流量突然暴增,QPS达到5000+,当首页部分cache失效时,需要查询DB, 但由于这部分业务逻辑很复杂导致这SQL包含多表join.groupby.orderby等,执行需要1s,产生的大量临时表,in-memory都装不下,变成on-disk的临时表,但当时放临时表的disk分区容量只有20G,很快disk也爆了,结果显然网站打不开了. 总结为几点: 1.SQL语句优化不足 2

AES,SHA1,DES,RSA,MD5区别

AES:更快,兼容设备,安全级别高: SHA1:公钥后处理回传 DES:本地数据,安全级别低 RSA:非对称加密,有公钥和私钥 MD5:防篡改 相关: 公开密钥加密(英语:public-key cryptography,又译为公开密钥加密),也称为非对称加密(asymmetric cryptography),一种密码学算法类型,在这种密码学方法中,需要一对密钥,一个是私人密钥,另一个则是公开密钥.这两个密钥是数学相关,用某用户密钥加密后所得的信息,只能用该用户的解密密钥才能解密.如果知道了其中一