一、实验目的
通过该实验，详细了解DES加密算法的原理以及实现过程。
二、实验环境
客户机：windows_7 X64 IP地址：随机分配
三、实验内容与实验要求
实验步骤一
我们的任务分为4个部分：
1．了解DES加密算法整体流程。
2．了解DES加密算法细节。
3．使用python简单实现DES算法加密主要过程
任务描述：DES加密算法实现流程解析。
1. DES算法的流程图如下：
通过上面的流程图，相信大家就可以大致了解了DES加密算法的流程。
我们可以转化为文字：一开始输入64位的明文数据；然后进行初始置换（IP）；初始置换之后，将生成的64位数据分为左右两部分，每部分为32位，命名为L0、R0；然后这两部分在密钥的控制下，进行16轮完全相同的运算，我们称为16轮迭代运算，每运算一次，左右两部分的命名就改变一次，直到运算完成，L0变为L16，R0变为R16；在16轮运算完成之后，将L16和R16交换，并且合并为64位；再经过末置换（初始置换的逆置换/终止置换），输出密文。
应该注意的是，我们上面说到的16轮完全相同的运算，指的是运算所使用的函数或者说算法是一样的，但是参数L、R以及K是不相同的，L、R不用多说，就是上次运算所得的L和R，但每一轮参与运算的K是我们的入口参数Key，经过某个特定的交换规则交换后，生成16个子秘钥，我们命名为K1,K2,K3….K16。
具体的交换规则以及过程我们会在后面的任务中进行详细解释。
2.函数f
上面我们提到，经过初始置换后，会进行16轮相同的运算，现在我们简单介绍一下这个运算函数中，都进行了哪些运算，运算的主要流程图如下：
从上图我们可以知道，函数f主要对数据的右半部分R进行了操作，
a. 先对其进行扩展置换，使其变为48位的数据，
b. 然后生成的数据再与子密钥进行异或运算，
c. 再以异或运算后的48位数据进行S盒代替，将48位的数据，转换为32位的数据，
d. 再进行P盒置换，生成32位的数据
e. 最后将P盒置换生成的数据与本轮运算的L进行异或，生成新的R。
f. 而新的L是直接由本轮的R进行替换
实验步骤二
任务描述：DES加密过程详解。
1.IP置换（初始置换）
初始置换的原理其实很简单，根据一个初始置换表，对照表中的数值，将明文数据相应位置的数据移动到该数据所在的位置即可，初始置换表如下：
从上表我们可以总结出，初始置换表的规律其实就是（其实不用太在意这个规律）：
a. 偶数与奇数分开（1~64），然后分为上下两部分，分布在置换表中，偶数在上，奇数在下。
b. 在偶数与奇数内部，又遵从“从右到左，从上到下，从小到大”的排列。
为了更直观的展示初始置换，我们不使用实际加密中的二进制数据，我们假设现在要加密的这些就是二进制数据，如下：
我们这样理解，a就是加密的64位数据中的第一位，b就是第二位，依次类推，那么，初始置换的过程就应该是这样的：
先置换a:
然后置换b:
直到置换完：
至此我们便得到了初始置换之后的数据
Data=“5XPHzrjb7ZRJBtld91TLDvnf=3VNFxph4WOGyqia6YQI(i)Askc80SKCume+2UMEwog”
L0 = “5XPHzrjb7ZRJBtld91TLDvnf=3VNFxph”
R0 = “4WOGyqia6YQI(i)Askc80SKCume+2UMEwog”
2.函数f
初始置换之后，就是我们的16轮运算，我们需要知道的是运算函数f, 在运算过程中数据与密钥结合。f函数作用于每轮的K（子密钥）值和每轮的待加密文本的右半部分（R）。//我们后面出现的K0、R0等等，字母后面有数字的，都是代表对应轮数运算中的K、R等。
从我们实验任务一中的函数f流程图，我们可以清晰的了解到，经过一轮运算之后，左半部分变为原来的右半部分，可理解为：L1=R0，新的右半部分（R）是原来的左半部分与经过f函数处理的原右半部分进行异或运算后得到的（R1=L0^f(R0,K1)）。
实验步骤三
任务描述：使用python实现DES加密算法主要过程。
正如我们任务描述中所说的，我们只是用python实现以下简单的加密步骤，我们在此次试验中不考虑的情况有这些：
a. 需要加密的文本超过64位或者不足64位怎么办？
b. 加密后的文本如何显示（这涉及到编码问题）
c. 用户输入的秘钥超出8位长度或者不足8位长度怎么办？
d. 得到一串密文应该如何解密（这也涉及到编码的问题）
也就是我们这次的实验任务，是利用python，将加密的细节展示出来，并与实验环境中的cap4加密的结果进行比对，验证我们的算法是否正确：
1.我们首先要把加密过程中需要用到的置换表都准备好：
2.我们知道，无论是要加密的文本，还是密钥，在加密的过程中都是以二进制的形式被处理的，所以我们需要一个函数来对所有输入的字符串进行处理，将其转换为二进制，我们直接使用ord函数将输入的数据转换为其对应的unicode编码的十进制，在转换为二进制，因为python的bin函数转换成的二进制会自动删除高位的0，所以我们使用“{:08b}.format()”这样的方式来使生成的二进制保持一定的位数：
3.我们先将子密钥的生成搞出来，如下图，我们创建子秘钥生成的函数，所需参数为初始密钥的二进制文本，根据前面的原理知识，进行压缩置换之后，分为C、D两部分，然后进行移位，一口气完成16次的移位之后，将生成的子密钥全部保存在全局列表KS中，方便之后的加密函数调用这些子密钥：
4.加密函数，就不在这里细说了，看代码中的注释就可以理解了呢。
5.我们进行测试：
6.使用环境中的CAP4进行加密，比较生成的二进制：
四、实验过程与分析
进行测试：
使用环境中的CAP4进行加密，比较生成的二进制：
五、实验结果总结
对实验结果进行分析，完成思考题目，总结实验的心得体会，并提出实验的改进意见。
通过实验我们学习到DES是一种使用密钥加密的块算法，就是一个把64位的明文输入块变为64位密文输出块的算法,它所使用的密钥也是64位（其实只使用到了56位，其余8位位奇偶校验位），其算法特点：分组比较短、密钥太短、密码生命周期短、运算速度较慢。
并通过该实验，详细了解DES加密算法的原理以及实现过程，即一开始输入64位的明文数据；然后进行初始置换（IP）；初始置换之后，将生成的64位数据分为左右两部分，每部分为32位，命名为L0、R0；然后这两部分在密钥的控制下，进行16轮完全相同的运算，我们称为16轮迭代运算，每运算一次，左右两部分的命名就改变一次，直到运算完成，L0变为L16，R0变为R16；在16轮运算完成之后，将L16和R16交换，并且合并为64位；再经过末置换（初始置换的逆置换/终止置换），输出密文。
