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DESが必要となりました
未使用の「MIFARE Ultralight C」というICカードを入手したので、遊んでみようと思い、データシートを読み始めました。そうしたら、Triple DES（以下3DES）暗号を使う必要があるみたい。
ちょっと調べてみたところ、EncryptStringTripleDESという関数を使えばTriple DES暗号化できると書いてあるページがありました。でも、8文字の文字列を暗号化すると、24文字になってしまい、僕の使いたい用途には使えないようです。
僕の欲しいのは32ビットが32ビットで暗号化される関数なんだけどな。
Excel VBAでDESを組んでみた
簡単な関数では実現できなさそうなので、公表されているDESのアルゴリズムを基に、ExcelのVBAで組んでみることにしました。
3DESはDESを用いて暗号化、複合化、暗号化すれば実現できるので、先ずはDESが実現できることが肝心です。
こちらがVBAのコードです。
ExcelのVisual Basicエディタを開いて、標準モジュールを追加し、コードをコピペしてください。
'-----------------------------------------------------------------------
' Summary: DES(Data Encryption Standard)により暗号化/復号する
'-----------------------------------------------------------------------
'-----------------------------------------------------------------------
' Summary: 2進文字列をバイト配列に変換する
' Input : strBin: 2進文字列
' Returns: バイト配列[Base0]
'-----------------------------------------------------------------------
Private Function Bin2Byte(ByVal strBin As String) As Byte()
Dim byt() As Byte ' 戻り値作成用
Dim i As Integer ' 制御変数
' 引数が存在することを確認
If strBin = "" Then Exit Function
' 戻り値の配列サイズを確保
ReDim byt(Len(strBin) - 1)
' 文字列を１文字ずつ処理
For i = LBound(byt) To UBound(byt)
' 文字をバイト配列にする（コード変換しない）
byt(i) = CByte(Mid(strBin, i + 1, 1))
Next i
' 戻り値としてセットする
Bin2Byte = byt
End Function
'-----------------------------------------------------------------------
' Summary: 2進文字列を16進文字列に変換する
' Input : strBin: 2進文字列
' Returns: 16進文字列
'-----------------------------------------------------------------------
Public Function Bin2Hex(ByVal strBin As String) As String
Dim i As Integer ' 制御変数
Dim strTmp As String ' 戻り値作成用
' 戻り値をクリア
strTmp = ""
' 2進文字列長が4の倍数でない場合は先頭に0を付けて4の倍数にする
strBin = String((4 - (Len(strBin) Mod 4)) Mod 4, "0") & strBin
' LSBから4文字ずつ16進に変換する
For i = Len(strBin) \ 4 To 1 Step -1
' 2進数の4文字が一致した16進を前に付け加える
Select Case UCase(Mid(strBin, i * 4 - 3, 4))
Case "0000": strTmp = "0" & strTmp
Case "0001": strTmp = "1" & strTmp
Case "0010": strTmp = "2" & strTmp
Case "0011": strTmp = "3" & strTmp
Case "0100": strTmp = "4" & strTmp
Case "0101": strTmp = "5" & strTmp
Case "0110": strTmp = "6" & strTmp
Case "0111": strTmp = "7" & strTmp
Case "1000": strTmp = "8" & strTmp
Case "1001": strTmp = "9" & strTmp
Case "1010": strTmp = "A" & strTmp
Case "1011": strTmp = "B" & strTmp
Case "1100": strTmp = "C" & strTmp
Case "1101": strTmp = "D" & strTmp
Case "1110": strTmp = "E" & strTmp
Case "1111": strTmp = "F" & strTmp
Case Else
End Select
Next i
' 戻り値としてセットする
Bin2Hex = strTmp
End Function
'-----------------------------------------------------------------------
' Summary: バイト配列を数字にする
' Input : byt(): バイト配列
' Returns: 数字文字列
'-----------------------------------------------------------------------
Private Function Byte2Num(ByRef byt() As Byte) As String
Dim i As Integer ' 制御変数
Dim strTmp As String ' 戻り値作成用
' 戻り値をクリア
strTmp = ""
' 先頭バイトから順に処理する
For i = LBound(byt) To UBound(byt)
' 目的とするバイト配列の数値が0～9であることを確認する
If 0 <= byt(i) And byt(i) <= 9 Then
' 文字列に値を追記する
strTmp = strTmp & Format(byt(i), "0")
End If
Next i
' 戻り値をセットする
Byte2Num = strTmp
End Function
'-----------------------------------------------------------------------
' Summary: DES(Data Encryption Standard)による暗号化/復号
' Input : bytDat(): バイト配列で渡される64ビット長のデータ
' : bytKey(): バイト配列で渡される64ビット長のキー
' : blnEnc : Ture → 暗号化, False → 復号
' Returns: バイト配列で渡す64ビット長の暗号化/復号されたデータ
'-----------------------------------------------------------------------
Private Function DES( _
ByRef bytDat() As Byte, _
ByRef bytKey() As Byte, _
ByVal blnEnc As Boolean) _
As Byte()
Const cstDataLen As Integer = 64 ' Dataのビット長
Const cstHalfKeyLen As Integer = 28 ' 56ビットキーの半分の長さ
Const cstKLen As Integer = 48 ' Sボックス投入前のビット長
Const cstRoundCnt As Integer = 16 ' 繰り返しラウンド数
Dim bytDES(cstDataLen - 1) As Byte ' 暗号化(復号)されたData
Dim bytIP(cstDataLen - 1) As Byte ' IPで並べ替えられたData
Dim bytKeyC(2 * cstHalfKeyLen - 1) As Byte ' C鍵
Dim bytKeyCD(2 * cstHalfKeyLen - 1) As Byte ' C鍵にD鍵を連結した鍵
Dim bytKeyD(2 * cstHalfKeyLen - 1) As Byte ' D鍵
Dim bytKeyShftd(cstRoundCnt - 1, _
cstKLen - 1) As Byte ' ラウンド毎に使う鍵
Dim bytL(cstDataLen \ 2 - 1) As Byte ' 半分に分けたDataの左側
Dim bytLR(cstDataLen - 1) As Byte ' 最終転置後のData
Dim bytPout(cstDataLen \ 2 - 1) As Byte ' S Box出力の並び替え
Dim bytR(cstDataLen \ 2 - 1) As Byte ' 半分に分けたDataの右側
Dim bytRbak(cstDataLen \ 2 - 1) As Byte ' 左右のデータ入れ替え用
Dim bytSin(cstKLen - 1) As Byte ' S Boxへの入力
Dim bytSout(cstDataLen \ 2 - 1) As Byte ' S Boxからの出力
Dim i As Integer ' 制御変数
Dim intColumn As Integer ' S Box内の列番号
Dim intLoc As Integer ' ビットシフトの位置
Dim intRow As Integer ' S Box内の行番号
Dim intSBox(8 - 1, 4 - 1, 16 - 1) As Integer ' S Box行列[Base0]
Dim intSout As Integer ' S Box出力値
Dim j As Integer ' 制御変数
Dim k As Integer ' 制御変数
Dim vrtEbitSel As Variant ' E bit選択
Dim vrtInvIP As Variant ' IPの逆変換
Dim vrtIP As Variant ' InitialPermutation
Dim vrtLS As Variant ' 鍵の左シフト数
Dim vrtP As Variant ' Pテーブル
Dim vrtPC1 As Variant ' Permuted Choice 1
Dim vrtPC2 As Variant ' Permuted Choice 2
Dim vrtSBox(1 To 8) As Variant ' S Box配列[Base1]
' IP(Initial Permutation)のテーブル
vrtIP = Array( _
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)
' DataをIPで並べ替える
For i = LBound(vrtIP) To UBound(vrtIP)
bytIP(i) = bytDat(CInt(vrtIP(i)) - 1)
Next i
' 32bitずつ左右に分ける
For i = 0 To cstDataLen \ 2 - 1
bytL(i) = bytIP(i)
bytR(i) = bytIP(cstDataLen \ 2 + i)
Next i
' PC1(Permuted Choice 1)のテーブル
vrtPC1 = Array( _
57, 49, 41, 33, 25, 17, 9, _
1, 58, 50, 42, 34, 26, 18, _
10, 2, 59, 51, 43, 35, 27, _
19, 11, 3, 60, 52, 44, 36, _
63, 55, 47, 39, 31, 23, 15, _
7, 62, 54, 46, 38, 30, 22, _
14, 6, 61, 53, 45, 37, 29, _
21, 13, 5, 28, 20, 12, 4)
' 元の鍵をPC1で並べ替え
For i = 0 To cstHalfKeyLen - 1
'上位・下位28ビットをそれぞれC鍵、D鍵とする
bytKeyC(i) = bytKey(CInt(vrtPC1(i)) - 1)
bytKeyD(i) = bytKey(CInt(vrtPC1(i + cstHalfKeyLen)) - 1)
' 鍵のシフトに備えて、後ろに28ビット分コピーして繋げておく
bytKeyC(cstHalfKeyLen + i) = bytKeyC(i)
bytKeyD(cstHalfKeyLen + i) = bytKeyD(i)
Next i
' 鍵の左シフト数のテーブル（合計12*2+4=28[bit]のシフト）
vrtLS = Array( _
1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, _
1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1)
' PC2(Permuted Choice 2)のテーブル
vrtPC2 = Array( _
14, 17, 11, 24, 1, 5, _
3, 28, 15, 6, 21, 10, _
23, 19, 12, 4, 26, 8, _
16, 7, 27, 20, 13, 2, _
41, 52, 31, 37, 47, 55, _
30, 40, 51, 45, 33, 48, _
44, 49, 39, 56, 34, 53, _
46, 42, 50, 36, 29, 32)
' ビットシフトの位置を先頭にする
intLoc = 0
' ラウンドの回数だけループ
For i = 0 To cstRoundCnt - 1
' ビットシフトの値を決める
intLoc = intLoc + CInt(vrtLS(i))
' ビットシフトしながらCDキーの連結を作る
For j = 0 To cstHalfKeyLen - 1
bytKeyCD(j) = bytKeyC(intLoc + j)
bytKeyCD(cstHalfKeyLen + j) = bytKeyD(intLoc + j)
Next j
' CDの連結キーをPC2で並べ替えてラウンドごとの鍵を得る
For j = LBound(vrtPC2) To UBound(vrtPC2)
bytKeyShftd(i, j) = bytKeyCD(CInt(vrtPC2(j)) - 1)
Next j
Next i
' E bit選択テーブル
vrtEbitSel = Array( _
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)
' S Boxテーブル
vrtSBox(1) = Array( _
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)
vrtSBox(2) = Array( _
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)
vrtSBox(3) = Array( _
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)
vrtSBox(4) = Array( _
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)
vrtSBox(5) = Array( _
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)
vrtSBox(6) = Array( _
12, 1, 10, 15, 9, 2, 6, 8, 0, 13, 3, 4, 14, 7, 5, 11, _
10, 15, 4, 2, 7, 12, 9, 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)
vrtSBox(7) = Array( _
4, 11, 2, 14, 15, 0, 8, 13, 3, 12, 9, 7, 5, 10, 6, 1, _
13, 0, 11, 7, 4, 9, 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)
vrtSBox(8) = Array( _
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)
' SBoxを3次元配列に変換する(BASE1→BASE0)
For i = LBound(intSBox, 1) To UBound(intSBox, 1)
For j = LBound(intSBox, 2) To UBound(intSBox, 2)
For k = LBound(intSBox, 3) To UBound(intSBox, 3)
intSBox(i, j, k) = CInt(vrtSBox(i + 1)(j * 16 + k))
Next k
Next j
Next i
' Pテーブル
vrtP = Array( _
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)
For i = 0 To cstRoundCnt - 1
' Sボックス投入前のビット選択
For j = LBound(bytSin) To UBound(bytSin)
If blnEnc Then
' 暗号化の場合
bytSin(j) = bytR(vrtEbitSel(j) - 1) _
Xor bytKeyShftd(i, j)
Else
' 復号の場合
bytSin(j) = bytR(vrtEbitSel(j) - 1) _
Xor bytKeyShftd(cstRoundCnt - 1 - i, j)
End If
Next j
' 8つのSBoxに対して処理する
For k = LBound(intSBox, 1) To UBound(intSBox, 1)
' 6bitずつ区切ったときのMSBとLSBが行番号になる
intRow = "&H" & _
Bin2Hex(bytSin(k * 6 + 0) & bytSin(k * 6 + 5))
' 間の4bitが列番号になる
intColumn = "&H" & Bin2Hex( _
bytSin(k * 6 + 1) & _
bytSin(k * 6 + 2) & _
bytSin(k * 6 + 3) & _
bytSin(k * 6 + 4))
' SBoxの行番号と列番号を指定して数値を得る
intSout = intSBox(k, intRow, intColumn)
' ビットに分解してバイト配列に保持する
bytSout(k * 4 + 0) = (intSout And 8) \ 8
bytSout(k * 4 + 1) = (intSout And 4) \ 4
bytSout(k * 4 + 2) = (intSout And 2) \ 2
bytSout(k * 4 + 3) = (intSout And 1) \ 1
Next k
' Pテーブルでビットを並び替えると同時にRのバックアップをとる
For j = LBound(bytR) To UBound(bytR)
bytPout(j) = bytSout(CInt(vrtP(j) - 1))
bytRbak(j) = bytR(j)
Next j
' 新RはLとPoutのXorとし、新LはRのバックアップとする
For j = LBound(bytR) To UBound(bytR)
bytR(j) = bytL(j) Xor bytPout(j)
bytL(j) = bytRbak(j)
Next j
Next i
' LとRの左右を入れ替えて連結する
For i = LBound(bytR) To UBound(bytR)
bytLR(i) = bytR(i)
bytLR(cstDataLen \ 2 + i) = bytL(i)
Next i
' InvIPのテーブル
vrtInvIP = Array( _
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)
' InvIPで並べ替えて暗号にする
For i = LBound(bytDES) To UBound(bytDES)
bytDES(i) = bytLR(CInt(vrtInvIP(i)) - 1)
Next i
' 戻り値としてセットする
DES = bytDES
End Function
'-----------------------------------------------------------------------
' Summary: 16進文字列を2進文字列に変換する
' Input : strHex: 16進文字列
' Returns: 2進文字列
'-----------------------------------------------------------------------
Private Function Hex2Bin(ByVal strHex As String) As String
Dim i As Integer
Dim strTmp As String
' 戻り値をクリア
strTmp = ""
' 16進文字列を頭から1文字ずつ処理
For i = 1 To Len(strHex)
' コードによって分岐し、対応する2進コードを追記する
Select Case UCase(Mid(strHex, i, 1))
Case "0": strTmp = strTmp & "0000"
Case "1": strTmp = strTmp & "0001"
Case "2": strTmp = strTmp & "0010"
Case "3": strTmp = strTmp & "0011"
Case "4": strTmp = strTmp & "0100"
Case "5": strTmp = strTmp & "0101"
Case "6": strTmp = strTmp & "0110"
Case "7": strTmp = strTmp & "0111"
Case "8": strTmp = strTmp & "1000"
Case "9": strTmp = strTmp & "1001"
Case "A": strTmp = strTmp & "1010"
Case "B": strTmp = strTmp & "1011"
Case "C": strTmp = strTmp & "1100"
Case "D": strTmp = strTmp & "1101"
Case "E": strTmp = strTmp & "1110"
Case "F": strTmp = strTmp & "1111"
Case Else
End Select
Next i
' 戻り値としてセットする
Hex2Bin = strTmp
End Function
'-----------------------------------------------------------------------
' Summary: 64ビット(8バイト)のデータとキーをDES関数に渡して結果を得る
' Input : strData: 16進文字列16文字で表したData
' : strKey : 16進文字列16文字で表したKey
' : blnEnc : Ture → 暗号化, False → 復号
' Returns: 16進文字列16文字で表した暗号/複合
'-----------------------------------------------------------------------
Public Function CallDES( _
ByVal strData As String, _
ByVal strKey As String, _
ByVal blnEnc As Boolean) _
As String
Const cstLen As Integer = 64 ' Data及びKeyのビット長
Dim strBinData As String ' 2進数文字列で表したData
Dim strBinKey As String ' 2進数文字列で表したKey
' Dataを2進数に変換
strBinData = Hex2Bin(strData)
' Keyを2進数に変換
strBinKey = Hex2Bin(strKey)
' Dataが64ビットであることを確認する
If Len(strBinData) <> cstLen Then _
CallDES = "データ異常です": Exit Function
' Keyが64ビットであることを確認する
If Len(strBinKey) <> cstLen Then _
CallDES = "キー異常です": Exit Function
' DES関数を呼び出し、戻り値を16新文字列に変換して戻り値とする
CallDES = Bin2Hex(Byte2Num( _
DES(Bin2Byte(strBinData), Bin2Byte(strBinKey), blnEnc)))
End Function
使い方はこちら。
Excelシートから、C4、C5セルのようにして呼び出せます。
DES
暗号化するには、DataとKeyを16進文字列16文字にして、
= CallDES(DATA, KEY, TRUE)
とします。
また、復号は、
= CallDES(暗号, KEY, FALSE)
でできます。
ここでは、B2、B3、B4に、それぞれDATA、KEY、暗号という名前を付けて使っています。
セルに名前を付ける方法はこちらをご覧ください。
なお、使っているKEYは、乱数を用いて適当に決めたので、意味はありません。
まとめ
DESをVBAで組みました。暗号化したデータが無事に復号できたので、アルゴリズムは一応、合っていると思います。
3DESについては、こちらに示します。
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