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DES演算法實踐（python版本）

阿新 • • 發佈：2018-12-16

一、 DES演算法原理概述

預備知識

  • 64位為一個分組，當成明文輸入DES演算法模型，輸出同樣長度64位的密文。

  • 對稱加密，加密金鑰也是解密金鑰，金鑰定義了加密過程。

  • 金鑰構成：64位，每8位的最後一位用於奇偶校驗，所以實際金鑰長度為56位。

  • 基本過程是換位和置換（根據置換矩陣）

演算法核心概要

  • 總體結構

  • Feistel輪函式

  • 子金鑰生成

  • 解密過程

資訊空間處理：

  1. 原始明文訊息的處理：最後的分組不足64位時，填充的位元組為缺失的位元組數目。

  2. 明文分組結構：$M = m_1m_2…m_{64} , m_i ∈ {0， 1}，i= 1…64 $

  3. 密文分組結構： $C = c_1c_2…c_{64} , c_i ∈ {0， 1}，i= 1…64 $

  4. 金鑰結構:$K = k_1k_2…k_{64} , k_i ∈ {0， 1}，i= 1…64 $

加密過程：

64位原始密文M經IP初始置換得到 I P ( M )

IP(M)

I P ( M ) IP(M) 經過16次迭代 T

1 , T 2 . . . T 16 T_1, T_2... T_{16} 得到 T 1 6 T 1 5... T 1 I P ( M ) T_16T_15...T_1IP(M)

然後在經過 I P − 1 IP^{-1} 逆變換得到密文。

解密過程：

加密逆向進行分析。和加密不同的是，子金鑰排程過程為逆序，其他一致。

初始置換：

給定一個固定的初始置換IP矩陣來重排明文塊M中的二進位制位。得到二進位制串 M 0 = I P ( M ) = L 0 R 0 M_0 = IP (M) = L_0R_0

表： IP置換表（8 * 8）（row * col 下同）

迭代T

  1. 迭代規則：交叉迭代。 L i = R i − 1    R i = L i − 1 ⨁ f ( R i − 1 , K i ) L_i = R_{i-1} \,\, R_i = L_{i-1} \bigoplus f(R_{i - 1}, K_i) . K i K_i 為子金鑰，長度為 K i   , f K_i\,, f 為 f i e s t e l fiestel 輪函式。

  2. 16次迭代後產生 L 16 R 16 L_{16}R_{16}

  3. 左右交換輸出$R_{16}L_{16}

逆置換 P − 1 P^{-1} C = I P − 1 ( R 16 L 16 ) C = IP^{-1}(R_{16}L_{16})

表： 逆置換表（8 * 8）

輪函式 f ( R i − 1 , K i ) f(R_{i-1}, K_i)

密碼函式f(R, K)接受兩個輸入：32 位的資料和 48 位的子金鑰。然後：

  1. 通過表 E 進行擴充套件置換 （表），將輸入的 32 位資料擴充套件為 48 位；

  2. 將擴充套件後的 48 位資料與 48 位的子金鑰進行異或運算；

  3. 將異或得到的 48 位資料分成 8 個 6 位的塊，每一個塊通過對應的一個 S 表產生一個 4 位的輸出。其中，每個 S 表都是 4 行 16 列。**具體的置換過程如下：**把 6 位輸入中的第 1 位和第 6 位取出來行成一個兩位的二進位制數 x ，作為 Si 表中的行數（0~3）；把 6 位輸入的中間 4 位構成另外一個二進位制數 y，作為 Si 表的列數（0~15）；查出 Si 盒表（8 * 4 * 16 的矩陣）中 x 行 y 列所對應的整數，將該整數轉換為一個 4 位的二進位制數。

  4. 把通過 S 表置換得到的 8 個 4 位連在一起，形成一個 32 位的資料。然後將該 32 位資料通過表 P 進行置換（稱為P-置換），置換後得到一個仍然是 32 位的結果資料，這就是f(R, K)函式的輸出。

三個表：E擴充套件置換表（8 * 6），S盒置換表（4 * 16），P-置換表（8 * 4）

子金鑰生成

  1. 對金鑰K中的56個非校驗位實現PC-1置換，得到 C 0 D 0 C_0D_0 ,即置換後的前28位和後28位。

  2. 對 C i − 1 D i − 1 C_{i-1} D_{i-1} 分別進行迴圈左移操作，得到 C i D i C_{i}D_{i} ,當 i = 1 ， 2 ， 9 ， 16 i = 1，2，9，16 時二進位制串左移一個位置，否則左移兩個位置。

  3. 對56位的 C i D i C_iD_i 實行PC-2壓縮置換，得到48位的 K i K_i 。 然後 i + + i++ 。

  4. 如果已經得到 K 16 K_{16} ，密碼排程結束，否則轉步驟2.

    兩個表：壓縮置換表PC-1 PC-2

二、 程式碼模組

在這裡插入圖片描述
整個演算法的需要的函式如上圖所示。

核心函式展示和描述

由於解密函式需要的模組基本與加密一致，所以不做呈現。

#####加密總函式############################################################################
# 1. 初始置換 2. 交叉迭代 3. 逆置換
def Encryption(plainText, secretKey):
    if PRINT_FLAG == True: 
        print("> 開始加密64位明文")
    M = list(plainText)
    L0, R0 = InitialPermutation(M)
    RL = CrossIterationInEncryption(L0, R0, secretKey)
    cipherText = "".join(InversePermutation(RL))
    return cipherText
##############################################################################################

######表格置換函式###########################################################################
"""
    function: transfrom the binaryStr with the giver permutation table
    condition: len(binaryStr) == len(PermutationTable)
    return: the permutated binary List.
"""
# 傳入01字串列表和置換表，返回置換結果
def Permutation(binaryStr, PermutationTable):
    length = len(PermutationTable)
    PermutatedList = []
    for i in range(0, length):
        PermutatedList.extend(binaryStr[PermutationTable[i] - 1])
    return PermutatedList
############################################################################################

#########加密過程的的交叉迭代####################################################################
"""
   function: make cross iteration on L0, R0 for 16 times
   input: L0--the front 32 bits of 64-bits plain text , R0--the back 32 bits of plain text
   return: R16--the back iterated 32-bits result, L16--the front iterated 32-bits result 
"""
# 16次交叉迭代，返回RL列表用於逆置換。
def CrossIterationInEncryption(L_0, R_0, SecretKey):
   if PRINT_FLAG == True: 
       print("> 正在進行加密過程的交叉迭代")
   R = ""
   L = ""
   tmp_R = R_0
   tmp_L = L_0
   sonKeyList = createSonKey(SecretKey)
   for i in range(1,17):
       L = tmp_R
       R = XOROperation(tmp_L,Feistel(tmp_R,sonKeyList[i - 1]))
       tmp_R = R
       tmp_L = L
   RL = R + L
   return RL 
##############################################################################################

####建立子金鑰##################################################################################
"""
    function: create the 16 son keys with the given key
    return: sonKeysList: 16 son keys list
"""
def createSonKey(SecretKey):
    # 提取金鑰中的非校驗位
    if PRINT_FLAG == True: 
        print("> 正在生成16個子金鑰")
    str_56_bits_List = list(SecretKey)
    sonKeyList = []
    # 進行PC-1置換
    Temp_PC_1_PermutationResult_C_i_1, Temp_PC_1_PermutationResult_D_i_1 = PC_1_Permutation(str_56_bits_List) 
    C_i = []
    D_i = []     
    for i in range(1, 17):        
        # C_i-1 D_i-1
        # 計算C_i D_i
        # 迴圈左移
        if i == 1 or i == 2 or i == 9 or i == 16:
            C_i = shiftLeft(Temp_PC_1_PermutationResult_C_i_1, 1)
            D_i = shiftLeft(Temp_PC_1_PermutationResult_D_i_1, 1)
        else:
            C_i = shiftLeft(Temp_PC_1_PermutationResult_C_i_1, 2)
            D_i = shiftLeft(Temp_PC_1_PermutationResult_D_i_1, 2)
        CD = C_i + D_i
        # PC2壓縮置換
        sonKey_i = PC_2_Permutation(CD)
        sonKeyList.append(sonKey_i)  
        Temp_PC_1_PermutationResult_C_i_1 = C_i
        Temp_PC_1_PermutationResult_D_i_1 = D_i
        if i == 16:
            break
    return sonKeyList
##############################################################################################


#####Feistel 函式#############################################################################
"""
    function: Feistel function to create bit-stR_ing to permute with R_i -- a 32-bit stR_ing
    input: R_i_1--the (i-1)th back 32 bits string, K_i--the son secret key
    return: Feistel result (string type)
"""
# 輪函式：1. E擴充套件置換； 2. 擴充套件結果和子金鑰進行異或運算 3. 進行S盒6-4轉換
def Feistel(R_i_1, K_i):
    if PRINT_FLAG == True: 
        print("> 正在執行feistel輪函式")
    E_ExpandResult = E_Expand(R_i_1)
    xorResult = XOROperation(E_ExpandResult, K_i)
    str_32_bits = []
    for i in range(8):
        str_6_bits = xorResult[i * 6: i * 6 + 6]
        str_32_bits += S_Box_Transformation(str_6_bits, i + 1)
    return "".join(P_Permutation(str_32_bits
            
  

           

              
              

            

            
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機器學習實踐（十五）—sklearn之分類演算法-邏輯迴歸、精確率、召回率、ROC、AUC

     
  
 
  
  
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 看到上面的例子，我們可以發現其中的特點，那就是都屬於兩個類別之間的判斷。 
 邏輯迴歸就是 



  
 

    


    
    
【機器學習】Apriori演算法——原理及程式碼實現（Python版）

     
 Apriopri演算法 
 
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將元素通過某個函式，轉化為一個數（x），儘可能的讓這些元素對應的數具有唯一性，查詢時即可通過函式f（x）來找到元素所在的為位置（hash表也就是某種函式的對應關係）

#除法取餘法來實現的雜湊函式
def myHas 



  
 

    


    
    
實踐案例：使用開源工具從視訊中構建人臉檢測模型（Python實現）

     
  
 
 介紹 
 近年來，計算機視覺這個奇妙的領域已經發展到獨樹一幟的地步。在世界各地已經有大量的應用程式在廣泛使用。 
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Leetcode初級演算法 打家劫舍（動態規劃）（Python實現）

     
 
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演算法思想：

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例子：
 



  
 

    


    
    
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							1.氣泡排序
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與此同時用end限定陣列的結尾。
arry = [2,4,6,8,1,9,0]

def swap(arry,i,j):
    tem = ar