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摘 要：用C语言实现一个简易的文件加密/解密系统。该系统采用对称加密体制，由用户指定自己的密钥key。加密函数可描述为：；对应的解密函数可描述为：。其中p表示8位的明文数据，M表示8位的密文数据。系统拟设计一个字符菜单界面，可以对任意格式的文件进行加密/解密操作。
关键词：加密/解密系统 密钥 对称加密体制
一、引言
对称加密体制是一种传统而经典的加密体制策略。所谓对称加密体制即加密方A和解密方B共享一个密钥key。加密方A使用该密钥key对要保密的文件进行加密操作，从而生成密文；解密方B同样使用该密钥key对加密方生成的密文实施解密操作，从而生成明文。由于加密方和解密方共享一个密钥key。因此加密方与解密方的角色是对等的，即加密方同样可以作为解密方，使用密钥key对密文进行解密；与此同时解密方也可以作为加密方使用密钥key对明文进行加密。这样的密码体制简单清晰，易于实现。目前比较普遍使用的DES、AES等加密算法都是基于对称密码体制的加密算法。为了符合结构化程序设计的要求，使得系统开发的流程更加规范，下面列出该系统的设计过程。
二、系统概要设计
图1 文件加密/解密系统的结构功能图
如图1所示，该文件加密/解密系统总体上分为3个模块——文件加密、文件解密以及系统菜单。按照自顶而下，逐步求精的原则，又可将“文件加密”和“文件解密”两个子模块继续划分，如图2所示。由图2可以看出，可将“文件加密”和“文件解密”两个子模块继续向下划分。其中读入明文是指将用户指定的磁盘上的明文文件读入到内存中的缓冲区准备加密。加密明文是指将内存中的明文进行加密，然后写回到内存中的缓冲区中，这个过程需要用户指定密钥。保存密文是指将内存缓冲区中的密文数据以文件的形式保存在用户指定的目录下。“文件解密”的三个子模块的功能与“文件加密”的功能恰好相反，但操作上是基本一致的，只是加密和解密的算法（函数）有所区别，因此可以最大限度地复用代码。
三、系统详细设计
对应上述划分的6个子模块，可将其分别映射为函数来调用。但是有些模块的操作是完全一致的，因此可以最大限度地復用代码。将“读入明文”模块与“读入密文”模块合并为一个模块——“读入源文件”模块，因为它们的操作都是一样，都是将用户指定的磁盘上的文件（明文或密文）读入到内存中。读入源文件的函数定义如下：在主调函数（调用函数openSrcFile（）的函数）中定义一个指向字符型变量的指针char *buffer，然后在函数openSrcFile（）中开辟内存缓冲区，将指定目录下的源文件（明文文件或密文文件）读入到该缓冲区。该缓冲的首地址为buffer，因此函数openSrcFile（）的入口参数为一个指向指针的指针buffer，这样可以通过该参数直接修改主调函数中的指针变量buffer。该函数的返回值为读入的文件（明文或密文）的长度。
文件加密函数定义如下：该函数将缓冲区buffer中存储的明文进行加密，并将密文存放到该缓冲区之中。参数file_size为文件的长度，key为用户输入的密钥。文件解密函数定义如下：该函数将缓冲区buffer中存储的明文进行解密，并将明文存放到该缓冲区之中。参数file_size为文件的长度，key为用户输入的密钥。将“保存密文”模块与“保存明文”模块合并为一个模块——“保存目标文件”模块，因为它们的操作都是一样，都是将缓冲区buffer中的数据（明文数据或者密文数据）保存在用户指定的文件目录上。保存目标文件的函数定义如下：调用函数saveDstFile（）时，主调函数（调用函数saveDstFile（）的函数）中定义的指针buffer指向的缓冲区中已存放了处理好的数据（明文数据或密文数据）。通过函数saveDstFile（）只是将缓冲区buffer中的内容写到用户指定的文件中去。参数file_size为文件的长度，即缓冲区buffer的长度。将上述4个函数通过一个函数Process（）整合在一起，函数Process（）由主函数mian（）调用。函数Process（）的定义如下：
函数Process（）的参数由用户来指定，当参数a等于0时为加密模式，当a等于1时为解密模式。对文件（明文文件或密文文件）的读操作由函数openSrcFile（）来完成，对文件的写操作由函数saveDstFile（）来完成。主函数根据用户输入的不同命令调用函数Process（），并传递不同的参数，对文件进行不同的处理。主函数main（）定义如下：
整个程序的调用关系结构如图3所示。
3.系统设计分析。（1）这个“简易文件加密/解密系统”的设计过程遵循了“自顶向下的分析”和“自底向上的设计”的原则，符合结构化程序设计的原则。（2）文中给定的加密函数和解密函数是不安全的，也不具有实用性，这里只是为了简化研究。在实际的加密/解密系统中，都是以更长的二进制位（64位，128位等）作为加密/解密单元，不会像本文中只应用8位长的二进制位作为加密/解密的数据单元。同时密钥的长度也会更长。
四、结语
本文要求实现一个简易的文件加密/解密系统，并给出了自定义的加密解密算法（函数）。其中加密函数为，解密函数为。由于该系统基于对称加密体制，因此加密函数与解密函数互为逆函数。只要将明文文件的一个字节代入加密函数中进行运算，得到的结果即为一个字节的密文数据。本文的目的在于向初学者介绍“对称密码体制”的基本思想，并通过一个具体的实例简要的介绍一下结构化的软件开发方法。
参考文献：
[1] 张新忠，吴玉祥.基于DES的文件加密系统设计[J] .电脑开发与应用，2014（11）.
[2] 马亮，陈波.高性能的文件加密系统[J].电脑编程技巧与维护.2008（02）.
[3] 林培通. 文件加密系统设计与实现[J]. 电脑知识与技术. 2011（14）.
作者简介：毕智超（1983—），男，陕西三原人，讲师，主要研究方向：软件工程、算法分析。
关键词：加密/解密系统 密钥 对称加密体制
一、引言
对称加密体制是一种传统而经典的加密体制策略。所谓对称加密体制即加密方A和解密方B共享一个密钥key。加密方A使用该密钥key对要保密的文件进行加密操作，从而生成密文；解密方B同样使用该密钥key对加密方生成的密文实施解密操作，从而生成明文。由于加密方和解密方共享一个密钥key。因此加密方与解密方的角色是对等的，即加密方同样可以作为解密方，使用密钥key对密文进行解密；与此同时解密方也可以作为加密方使用密钥key对明文进行加密。这样的密码体制简单清晰，易于实现。目前比较普遍使用的DES、AES等加密算法都是基于对称密码体制的加密算法。为了符合结构化程序设计的要求，使得系统开发的流程更加规范，下面列出该系统的设计过程。
二、系统概要设计
图1 文件加密/解密系统的结构功能图
如图1所示，该文件加密/解密系统总体上分为3个模块——文件加密、文件解密以及系统菜单。按照自顶而下，逐步求精的原则，又可将“文件加密”和“文件解密”两个子模块继续划分，如图2所示。由图2可以看出，可将“文件加密”和“文件解密”两个子模块继续向下划分。其中读入明文是指将用户指定的磁盘上的明文文件读入到内存中的缓冲区准备加密。加密明文是指将内存中的明文进行加密，然后写回到内存中的缓冲区中，这个过程需要用户指定密钥。保存密文是指将内存缓冲区中的密文数据以文件的形式保存在用户指定的目录下。“文件解密”的三个子模块的功能与“文件加密”的功能恰好相反，但操作上是基本一致的，只是加密和解密的算法（函数）有所区别，因此可以最大限度地复用代码。
三、系统详细设计
对应上述划分的6个子模块，可将其分别映射为函数来调用。但是有些模块的操作是完全一致的，因此可以最大限度地復用代码。将“读入明文”模块与“读入密文”模块合并为一个模块——“读入源文件”模块，因为它们的操作都是一样，都是将用户指定的磁盘上的文件（明文或密文）读入到内存中。读入源文件的函数定义如下：在主调函数（调用函数openSrcFile（）的函数）中定义一个指向字符型变量的指针char *buffer，然后在函数openSrcFile（）中开辟内存缓冲区，将指定目录下的源文件（明文文件或密文文件）读入到该缓冲区。该缓冲的首地址为buffer，因此函数openSrcFile（）的入口参数为一个指向指针的指针buffer，这样可以通过该参数直接修改主调函数中的指针变量buffer。该函数的返回值为读入的文件（明文或密文）的长度。
文件加密函数定义如下：该函数将缓冲区buffer中存储的明文进行加密，并将密文存放到该缓冲区之中。参数file_size为文件的长度，key为用户输入的密钥。文件解密函数定义如下：该函数将缓冲区buffer中存储的明文进行解密，并将明文存放到该缓冲区之中。参数file_size为文件的长度，key为用户输入的密钥。将“保存密文”模块与“保存明文”模块合并为一个模块——“保存目标文件”模块，因为它们的操作都是一样，都是将缓冲区buffer中的数据（明文数据或者密文数据）保存在用户指定的文件目录上。保存目标文件的函数定义如下：调用函数saveDstFile（）时，主调函数（调用函数saveDstFile（）的函数）中定义的指针buffer指向的缓冲区中已存放了处理好的数据（明文数据或密文数据）。通过函数saveDstFile（）只是将缓冲区buffer中的内容写到用户指定的文件中去。参数file_size为文件的长度，即缓冲区buffer的长度。将上述4个函数通过一个函数Process（）整合在一起，函数Process（）由主函数mian（）调用。函数Process（）的定义如下：
函数Process（）的参数由用户来指定，当参数a等于0时为加密模式，当a等于1时为解密模式。对文件（明文文件或密文文件）的读操作由函数openSrcFile（）来完成，对文件的写操作由函数saveDstFile（）来完成。主函数根据用户输入的不同命令调用函数Process（），并传递不同的参数，对文件进行不同的处理。主函数main（）定义如下：
整个程序的调用关系结构如图3所示。
3.系统设计分析。（1）这个“简易文件加密/解密系统”的设计过程遵循了“自顶向下的分析”和“自底向上的设计”的原则，符合结构化程序设计的原则。（2）文中给定的加密函数和解密函数是不安全的，也不具有实用性，这里只是为了简化研究。在实际的加密/解密系统中，都是以更长的二进制位（64位，128位等）作为加密/解密单元，不会像本文中只应用8位长的二进制位作为加密/解密的数据单元。同时密钥的长度也会更长。
四、结语
本文要求实现一个简易的文件加密/解密系统，并给出了自定义的加密解密算法（函数）。其中加密函数为，解密函数为。由于该系统基于对称加密体制，因此加密函数与解密函数互为逆函数。只要将明文文件的一个字节代入加密函数中进行运算，得到的结果即为一个字节的密文数据。本文的目的在于向初学者介绍“对称密码体制”的基本思想，并通过一个具体的实例简要的介绍一下结构化的软件开发方法。
参考文献：
[1] 张新忠，吴玉祥.基于DES的文件加密系统设计[J] .电脑开发与应用，2014（11）.
[2] 马亮，陈波.高性能的文件加密系统[J].电脑编程技巧与维护.2008（02）.
[3] 林培通. 文件加密系统设计与实现[J]. 电脑知识与技术. 2011（14）.
作者简介：毕智超（1983—），男，陕西三原人，讲师，主要研究方向：软件工程、算法分析。