DES加密解密实现详解

1. 概述

本文详细讲解如何从渗透测试实战中遇到的DES加密案例出发，分析des.js和login.jsp文件，并最终实现DES加密解密功能的全过程。通过本教程，您将深入理解DES加密算法的实现细节，并掌握在Node.js环境中实现与des.js一致的加密解密功能的方法。

2. DES加密算法基础

DES(Data Encryption Standard)是一种对称密钥加密算法，使用56位密钥对64位数据进行加密。主要特点包括：

• 分组密码：每次处理固定长度的数据块(64位)
• 对称算法：加密和解密使用相同密钥
• 16轮Feistel结构：通过多轮迭代增强安全性

3. 文件分析

3.1 des.js文件分析

des.js文件包含完整的DES加密解密实现，主要函数如下：

核心函数

1. strEnc(str, key) - 字符串加密入口

   • 将输入字符串加密为十六进制字符串
   • 参数：str(明文), key(密钥)
   • 返回值：加密后的十六进制字符串

2. strDec(str, key) - 字符串解密入口

   • 将十六进制字符串解密为原始字符串
   • 参数：str(密文), key(密钥)
   • 返回值：解密后的明文字符串

3. enc(dataByte, keyByte) - 核心加密函数

   • 实现DES算法的详细加密步骤
   • 参数：dataByte(64位二进制数据), keyByte(密钥二进制)
   • 返回值：加密后的64位二进制数据

4. dec(dataByte, keyByte) - 核心解密函数

   • 实现DES算法的详细解密步骤
   • 参数：dataByte(64位二进制数据), keyByte(密钥二进制)
   • 返回值：解密后的64位二进制数据

辅助函数

1. getKeyBytes(key) - 密钥处理

   • 将密钥字符串转换为二进制数组
   • 处理密钥长度，确保符合DES要求

2. strToBt(str) - 数据转换

   • 将字符串转换为64位二进制数组
   • 处理输入数据的分块(4字节一组)

3. bt64ToHex(byteData) - 数据格式化

   • 将64位二进制数据转换为十六进制字符串

4. generateKeys(keyByte) - 子密钥生成

   • 生成DES算法16轮迭代所需的子密钥

算法步骤函数

1. initPermute(originalData) - 初始置换(IP)
2. expandPermute(rightData) - 扩展置换(E盒)
3. xor(byteOne, byteTwo) - 异或运算
4. sBoxPermute(expandByte) - S盒置换
5. pPermute(sBoxByte) - P盒置换
6. finallyPermute(endByte) - 最终置换(IP⁻¹)

3.2 login.jsp文件分析

login.jsp文件展示了DES加密在实际登录系统中的应用：

document.getElementById("password").value = strEnc(password, "PCCW");

关键点：

• 用户提交登录表单时，调用des.js中的strEnc函数对密码进行加密
• 使用固定密钥"PCCW"进行加密
• 加密后的密码与用户名一起提交到服务器验证

4. 加密解密流程详解

4.1 加密流程

1. 输入处理：

   • 用户输入明文密码
   • 调用strEnc(password, key)函数

2. 数据分块：

   • 将密码分割成长度为4字节的数据块
   • 每个数据块单独处理

3. 核心加密：

   • 对每个数据块调用enc函数：
     a. 初始置换(IP)
     b. 16轮Feistel结构：
     • 扩展置换(E盒)
     • 与子密钥异或
     • S盒置换
     • P盒置换
     • 左右交换
       c. 最终置换(IP⁻¹)

4. 输出格式化：

   • 加密后的二进制数据转换为十六进制字符串
   • 合并所有块的加密结果
   • 输出最终的加密字符串

4.2 解密流程

1. 输入处理：

   • 输入加密后的十六进制字符串
   • 调用strDec(encryptedStr, key)函数

2. 数据转换：

   • 将十六进制字符串转换为二进制数据
   • 分割为64位的数据块

3. 核心解密：

   • 对每个数据块调用dec函数：
     a. 初始置换(IP)
     b. 16轮Feistel结构(子密钥逆序使用)
     c. 最终置换(IP⁻¹)

4. 输出处理：

   • 解密后的二进制数据转换为原始字符串
   • 合并所有块的解密结果
   • 输出明文字符串

5. 本地实现方案

5.1 直接使用des.js的方案

由于Python实现DES算法与JavaScript版本存在兼容性问题，推荐直接使用原des.js文件：

1. 创建index.js：

const des = require('./des.js');

// 加密示例
const encrypted = des.strEnc("password123", "PCCW");
console.log("加密结果:", encrypted);

// 解密示例
const decrypted = des.strDec(encrypted, "PCCW");
console.log("解密结果:", decrypted);

2. 运行方法：

node index.js

5.2 Python实现注意事项

虽然不推荐，但若需Python实现，需注意以下关键点：

1. 数据转换问题：

   • JavaScript的字符串处理与Python不同
   • 特别注意二进制数据的表示方式

2. 常见错误解决：

   • TypeError: can only concatenate list (not "bytes") to list
   • 解决方案：统一使用列表或bytes类型，不要混用

3. 边界条件处理：

   • 数据分块大小必须一致
   • 填充规则需要与JavaScript版本匹配

6. 关键算法细节

6.1 Feistel结构实现

DES算法的核心是16轮Feistel结构，每轮处理如下：

function feistel(right, subKey) {
    // 1. 扩展置换(E盒)
    const expanded = expandPermute(right);
    
    // 2. 与子密钥异或
    const xored = xor(expanded, subKey);
    
    // 3. S盒置换
    const sBoxed = sBoxPermute(xored);
    
    // 4. P盒置换
    const pBoxed = pPermute(sBoxed);
    
    return pBoxed;
}

6.2 子密钥生成

function generateKeys(keyByte) {
    const keys = [];
    let temp = [...keyByte];
    
    // 1. PC-1置换
    temp = pc1Permute(temp);
    
    // 2. 分割为C0和D0
    let left = temp.slice(0, 28);
    let right = temp.slice(28);
    
    // 3. 16轮生成子密钥
    for (let i = 0; i < 16; i++) {
        // 循环左移
        left = leftShift(left, shiftTable[i]);
        right = leftShift(right, shiftTable[i]);
        
        // PC-2置换生成子密钥
        const combined = left.concat(right);
        keys.push(pc2Permute(combined));
    }
    
    return keys;
}

6.3 S盒置换实现

function sBoxPermute(expandByte) {
    const sBoxByte = new Array(32).fill(0);
    let binary = "";
    
    for (let i = 0; i < 8; i++) {
        // 计算行和列
        const row = expandByte[i * 6] * 2 + expandByte[i * 6 + 5];
        const col = expandByte[i * 6 + 1] * 8 + expandByte[i * 6 + 2] * 4 
                  + expandByte[i * 6 + 3] * 2 + expandByte[i * 6 + 4];
        
        // 从S盒中取值
        const val = S_BOX[i][row][col];
        
        // 转换为4位二进制
        binary += val.toString(2).padStart(4, '0');
    }
    
    // 转换为二进制数组
    for (let i = 0; i < 32; i++) {
        sBoxByte[i] = parseInt(binary[i]);
    }
    
    return sBoxByte;
}

7. 实际应用示例

7.1 加密用户密码

// 前端加密处理
function encryptPassword() {
    const password = document.getElementById("passwordInput").value;
    const encrypted = strEnc(password, "PCCW");
    document.getElementById("password").value = encrypted;
    return true;
}

7.2 服务端解密验证

// Node.js后端解密示例
app.post('/login', (req, res) => {
    const { username, password } = req.body;
    
    // 解密密码
    const decrypted = strDec(password, "PCCW");
    
    // 验证用户
    User.findOne({ username, password: decrypted }, (err, user) => {
        if (err || !user) {
            return res.status(401).send("认证失败");
        }
        res.send("登录成功");
    });
});

8. 总结与注意事项

1. 算法选择：

   • DES已不再安全，建议在实际项目中使用AES等更安全的算法
   • 本教程主要用于学习目的

2. 实现要点：

   • 确保所有置换表与标准DES一致
   • 特别注意数据分块和填充规则
   • 密钥管理要安全，避免硬编码

3. 兼容性问题：

   • 不同语言实现的DES可能存在细微差异
   • 跨平台使用时需严格测试

4. 安全建议：

   • 结合HTTPS使用
   • 考虑添加盐值(salt)增强安全性
   • 定期更换加密密钥

通过本教程，您应该已经掌握了DES算法的实现原理和实际应用方法，能够在不同环境中实现DES加密解密功能。