DES算法解析
DES算法
美国国家标准局1973年开始研究除国防部外的其它部门的计算机系统的数据加密标准，于1973年5月15日和1974年8月27日先后两次向公众发出了征求加密算法的公告。 1977年1月，美国政府颁布：采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准（DES，Data Encryption Standard）。
一、DES算法
美国国家标准局1973年开始研究除国防部外的其它部门的计算机系统的数据加密标准，于1973年5月15日和1974年8月27日先后两次向公众发出了征求加密算法的公告。加密算法要达到的目的（通常称为DES 密码算法要求）主要为以下四点： ☆提供高质量的数据保护，防止数据未经授权的泄露和未被察觉的修改；
☆具有相当高的复杂性，使得破译的开销超过可能获得的利益，同时又要便于理解和掌握；
☆DES密码体制的安全性应该不依赖于算法的保密，其安全性仅以加密密钥的保密为基础；
☆实现经济，运行有效，并且适用于多种完全不同的应用。
1977年1月，美国政府颁布：采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准（DES,Data Encryption Standard）。
目前在国内，随着三金工程尤其是金卡工程的启动，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，以此来实现关键数据的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密传输，IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等，均用到DES算法。
DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。
DES算法是这样工作的：如Mode为加密，则用Key 去把数据Data进行加密， 生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式（64位）作为DES的输出结果。在通信网络的两端，双方约定一致的Key，在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密，然后以密码形式在公共通信网（如电话网）中传输到通信网络的终点，数据到达目的地后，用同样的Key对密码数据进行解密，便再现了明码形式的核心数据。这样，便保证了核心数据（如PIN、MAC等）在公共通信网中传输的安全性和可靠性。
通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key，便能更进一步提高数据的保密性，这正是现在金融交易网络的流行做法。
DES算法详述
DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，它所使用的密钥也是64位，整个算法的主流程图如下：
其功能是把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位，其置换规则见下表：
58,50,12,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,
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,
即将输入的第58位换到第一位，第50位换到第2位，…，依此类推，最后一位是原来的第7位。L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0 是右32位，例：设置换前的输入值为D1D2D3……D64，则经过初始置换后的结果为：L0=D58D50…D8；R0=D57D49…D7。
经过16次迭代运算后。得到L16、R16，将此作为输入，进行逆置换，即得到密文输出。逆置换正好是初始置的逆运算，例如，第1位经过初始置换后，处于第40位，而通过逆置换，又将第40位换回到第1位，其逆置换规则如下表所示：
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,
放大换位表
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,
单纯换位表
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,
在f(Ri,Ki)算法描述图中，S1,S2…S8为选择函数，其功能是把6bit数据变为4bit数据。下面给出选择函数Si(i=1,2……的功能表：
选择函数Si
S1:
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,
S2:
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,
S3:
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,
S4:
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,
S5:
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,
S6:
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,
S7:
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,
S8:
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,
在此以S1为例说明其功能，我们可以看到：在S1中，共有4行数据，命名为0，1、2、3行；每行有16列，命名为0、1、2、3，……，14、15列。
现设输入为： D＝D1D2D3D4D5D6
令：列＝D2D3D4D5
行＝D1D6
然后在S1表中查得对应的数，以4位二进制表示，此即为选择函数S1的输出。下面给出子密钥Ki(48bit)的生成算法
从子密钥Ki的生成算法描述图中我们可以看到：初始Key值为64位，但DES算法规定，其中第8、16、……64位是奇偶校验位，不参与DES运算。故Key 实际可用位数便只有56位。即：经过缩小选择换位表1的变换后，Key 的位数由64 位变成了56位，此56位分为C0、D0两部分，各28位，然后分别进行第1次循环左移，得到C1、D1，将C1（28位）、D1（28位）合并得到56位，再经过缩小选择换位2，从而便得到了密钥K0（48位）。依此类推，便可得到K1、K2、……、K15，不过需要注意的是，16次循环左移对应的左移位数要依据下述规则进行：
循环左移位数
1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1
以上介绍了DES算法的加密过程。DES算法的解密过程是一样的，区别仅仅在于第一次迭代时用子密钥K15，第二次K14、……，最后一次用K0，算法本身并没有任何变化。
二、DES算法的应用误区
DES算法具有极高安全性，到目前为止，除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外，还没有发现更有效的办法。而56位长的密钥的穷举空间为256，这意味着如果一台计算机的速度是每一秒种检测一百万个密钥，则它搜索完全部密钥就需要将近2285年的时间，可见，这是难以实现的，当然，随着科学技术的发展，当出现超高速计算机后，我们可考虑把DES密钥的长度再增长一些，以此来达到更高的保密程度。
由上述DES算法介绍我们可以看到：DES算法中只用到64位密钥中的其中56位，而第8、16、24、……64位8个位并未参与DES运算，这一点，向我们提出了一个应用上的要求，即DES的安全性是基于除了8，16，24，……64位外的其余56位的组合变化256才得以保证的。因此，在实际应用中，我们应避开使用第8，16，24，……64位作为有效数据位，而使用其它的56位作为有效数据位，才能保证DES算法安全可靠地发挥作用。如果不了解这一点，把密钥Key的8，16，24，….. .64位作为有效数据使用，将不能保证DES加密数据的安全性，对运用DES来达到保密作用的系统产生数据被破译的危险，这正是DES算法在应用上的误区，留下了被人攻击、被人破译的极大隐患。
源码：
//初始置换表IP
int IP_Table[64] = { 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,
56,48,40,32,24,16,8,0,
58,50,42,34,26,18,10,2,
60,52,44,36,28,20,12,4,
62,54,46,38,30,22,14,6};
//逆初始置换表IP^-1
int IP_1_Table[64] = {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,
32,0,40,8,48,16,56,24}; //扩充置换表E
int E_Table[48] = {31, 0, 1, 2, 3, 4,
3, 4, 5, 6, 7, 8,
7, 8,9,10,11,12,
11,12,13,14,15,16,
15,16,17,18,19,20,
19,20,21,22,23,24,
23,24,25,26,27,28,
27,28,29,30,31, 0}; //置换函数P
int P_Table[32] = {15,6,19,20,28,11,27,16,
0,14,22,25,4,17,30,9,
1,7,23,13,31,26,2,8,
18,12,29,5,21,10,3,24}; //S盒
int S[8][4][16] =//S1
{{{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}},
//S2
{{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}},
//S3
{{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}},
//S4
{{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}},
//S5
{{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}},
//S6
{{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}},
//S7
{{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}},
//S8
{{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}}};
//置换选择1
int PC_1[56] = {56,48,40,32,24,16,8,
0,57,49,41,33,25,17,
9,1,58,50,42,34,26,
18,10,2,59,51,43,35,
62,54,46,38,30,22,14,
6,61,53,45,37,29,21,
13,5,60,52,44,36,28,
20,12,4,27,19,11,3}; //置换选择2
int PC_2[48] = {13,16,10,23,0,4,2,27,
14,5,20,9,22,18,11,3,
25,7,15,6,26,19,12,1,
40,51,30,36,46,54,29,39,
50,44,32,46,43,48,38,55,
33,52,45,41,49,35,28,31}; //对左移次数的规定
int MOVE_TIMES[16] = {1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1}; //初始置换表IP
int IP_Table[64] = { 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,
56,48,40,32,24,16,8,0,
58,50,42,34,26,18,10,2,
60,52,44,36,28,20,12,4,
62,54,46,38,30,22,14,6};
//逆初始置换表IP^-1
int IP_1_Table[64] = {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,
32,0,40,8,48,16,56,24}; //扩充置换表E
int E_Table[48] = {31, 0, 1, 2, 3, 4,
3, 4, 5, 6, 7, 8,
7, 8,9,10,11,12,
11,12,13,14,15,16,
15,16,17,18,19,20,
19,20,21,22,23,24,
23,24,25,26,27,28,
27,28,29,30,31, 0}; //置换函数P
int P_Table[32] = {15,6,19,20,28,11,27,16,
0,14,22,25,4,17,30,9,
1,7,23,13,31,26,2,8,
18,12,29,5,21,10,3,24}; //S盒
int S[8][4][16] =//S1
{{{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}},
//S2
{{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}},
//S3
{{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}},
//S4
{{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}},
//S5
{{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}},
//S6
{{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}},
//S7
{{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}},
//S8
{{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}}};
//置换选择1
int PC_1[56] = {56,48,40,32,24,16,8,
0,57,49,41,33,25,17,
9,1,58,50,42,34,26,
18,10,2,59,51,43,35,
62,54,46,38,30,22,14,
6,61,53,45,37,29,21,
13,5,60,52,44,36,28,
20,12,4,27,19,11,3}; //置换选择2
int PC_2[48] = {13,16,10,23,0,4,2,27,
14,5,20,9,22,18,11,3,
25,7,15,6,26,19,12,1,
40,51,30,36,46,54,29,39,
50,44,32,46,43,48,38,55,
33,52,45,41,49,35,28,31}; //对左移次数的规定
int MOVE_TIMES[16] = {1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};
int ByteToBit(ElemType ch,ElemType bit[8]);
int BitToByte(ElemType bit[8],ElemType *ch);
int Char8ToBit64(ElemType ch[8],ElemType bit[64]);
int Bit64ToChar8(ElemType bit[64],ElemType ch[8]);
int DES_MakeSubKeys(ElemType key[64],ElemType subKeys[16][48]);
int DES_PC1_Transform(ElemType key[64], ElemType tempbts[56]);
int DES_PC2_Transform(ElemType key[56], ElemType tempbts[48]);
int DES_ROL(ElemType data[56], int time);
int DES_IP_Transform(ElemType data[64]);
int DES_IP_1_Transform(ElemType data[64]);
int DES_E_Transform(ElemType data[48]);
int DES_P_Transform(ElemType data[32]);
int DES_SBOX(ElemType data[48]);
int DES_XOR(ElemType R[48], ElemType L[48],int count);
int DES_Swap(ElemType left[32],ElemType right[32]);
int DES_EncryptBlock(ElemType plainBlock[8], ElemType subKeys[16][48], ElemType cipherBlock[8]);
int DES_DecryptBlock(ElemType cipherBlock[8], ElemType subKeys[16][48], ElemType plainBlock[8]);
int DES_Encrypt(char *plainFile, char *keyStr,char *cipherFile);
int DES_Decrypt(char *cipherFile, char *keyStr,char *plainFile); int ByteToBit(ElemType ch,ElemType bit[8]);
int BitToByte(ElemType bit[8],ElemType *ch);
int Char8ToBit64(ElemType ch[8],ElemType bit[64]);
int Bit64ToChar8(ElemType bit[64],ElemType ch[8]);
int DES_MakeSubKeys(ElemType key[64],ElemType subKeys[16][48]);
int DES_PC1_Transform(ElemType key[64], ElemType tempbts[56]);
int DES_PC2_Transform(ElemType key[56], ElemType tempbts[48]);
int DES_ROL(ElemType data[56], int time);
int DES_IP_Transform(ElemType data[64]);
int DES_IP_1_Transform(ElemType data[64]);
int DES_E_Transform(ElemType data[48]);
int DES_P_Transform(ElemType data[32]);
int DES_SBOX(ElemType data[48]);
int DES_XOR(ElemType R[48], ElemType L[48],int count);
int DES_Swap(ElemType left[32],ElemType right[32]);
int DES_EncryptBlock(ElemType plainBlock[8], ElemType subKeys[16][48], ElemType cipherBlock[8]);
int DES_DecryptBlock(ElemType cipherBlock[8], ElemType subKeys[16][48], ElemType plainBlock[8]);
int DES_Encrypt(char *plainFile, char *keyStr,char *cipherFile);
int DES_Decrypt(char *cipherFile, char *keyStr,char *plainFile);
//字节转换成二进制
int ByteToBit(ElemType ch, ElemType bit[8]){
int cnt;
for(cnt = 0;cnt < 8; cnt++){
*(bit+cnt) = (ch>>cnt)&1;
}
return 0;
} //二进制转换成字节
int BitToByte(ElemType bit[8],ElemType *ch){
int cnt;
for(cnt = 0;cnt < 8; cnt++){
*ch |= *(bit + cnt)<<cnt;
}
return 0;
} //将长度为8的字符串转为二进制位串
int Char8ToBit64(ElemType ch[8],ElemType bit[64]){
int cnt;
for(cnt = 0; cnt < 8; cnt++){
ByteToBit(*(ch+cnt),bit+(cnt<<3));
}
return 0;
} //将二进制位串转为长度为8的字符串
int Bit64ToChar8(ElemType bit[64],ElemType ch[8]){
int cnt;
memset(ch,0,8);
for(cnt = 0; cnt < 8; cnt++){
BitToByte(bit+(cnt<<3),ch+cnt);
}
return 0;
} //生成子密钥
int DES_MakeSubKeys(ElemType key[64],ElemType subKeys[16][48]){
ElemType temp[56];
int cnt;
DES_PC1_Transform(key,temp);//PC1置换
for(cnt = 0; cnt < 16; cnt++){//16轮跌代，产生16个子密钥
DES_ROL(temp,MOVE_TIMES[cnt]);//循环左移
DES_PC2_Transform(temp,subKeys[cnt]);//PC2置换，产生子密钥
}
return 0;
} //密钥置换1
int DES_PC1_Transform(ElemType key[64], ElemType tempbts[56]){
int cnt;
for(cnt = 0; cnt < 56; cnt++){
tempbts[cnt] = key[PC_1[cnt]];
}
return 0;
} //密钥置换2
int DES_PC2_Transform(ElemType key[56], ElemType tempbts[48]){
int cnt;
for(cnt = 0; cnt < 48; cnt++){
tempbts[cnt] = key[PC_2[cnt]];
}
return 0;
} //循环左移
int DES_ROL(ElemType data[56], int time){
ElemType temp[56]; //保存将要循环移动到右边的位
memcpy(temp,data,time);
memcpy(temp+time,data+28,time); //前28位移动
memcpy(data,data+time,28-time);
memcpy(data+28-time,temp,time); //后28位移动
memcpy(data+28,data+28+time,28-time);
memcpy(data+56-time,temp+time,time); return 0;
} //IP置换
int DES_IP_Transform(ElemType data[64]){
int cnt;
ElemType temp[64];
for(cnt = 0; cnt < 64; cnt++){
temp[cnt] = data[IP_Table[cnt]];
}
memcpy(data,temp,64);
return 0;
} //IP逆置换
int DES_IP_1_Transform(ElemType data[64]){
int cnt;
ElemType temp[64];
for(cnt = 0; cnt < 64; cnt++){
temp[cnt] = data[IP_1_Table[cnt]];
}
memcpy(data,temp,64);
return 0;
} //扩展置换
int DES_E_Transform(ElemType data[48]){
int cnt;
ElemType temp[48];
for(cnt = 0; cnt < 48; cnt++){
temp[cnt] = data[E_Table[cnt]];
}
memcpy(data,temp,48);
return 0;
} //P置换
int DES_P_Transform(ElemType data[32]){
int cnt;
ElemType temp[32];
for(cnt = 0; cnt < 32; cnt++){
temp[cnt] = data[P_Table[cnt]];
}
memcpy(data,temp,32);
return 0;
} //异或
int DES_XOR(ElemType R[48], ElemType L[48] ,int count){
int cnt;
for(cnt = 0; cnt < count; cnt++){
R[cnt] ^= L[cnt];
}
return 0;
} //S盒置换
int DES_SBOX(ElemType data[48]){
int cnt;
int line,row,output;
int cur1,cur2;
for(cnt = 0; cnt < 8; cnt++){
cur1 = cnt*6;
cur2 = cnt<<2; //计算在S盒中的行与列
line = (data[cur1]<<1) + data[cur1+5];
row = (data[cur1+1]<<3) + (data[cur1+2]<<2)
+ (data[cur1+3]<<1) + data[cur1+4];
output = S[cnt][line][row]; //化为2进制
data[cur2] = (output&0X08)>>3;
data[cur2+1] = (output&0X04)>>2;
data[cur2+2] = (output&0X02)>>1;
data[cur2+3] = output&0x01;
}
return 0;
} //交换
int DES_Swap(ElemType left[32], ElemType right[32]){
ElemType temp[32];
memcpy(temp,left,32);
memcpy(left,right,32);
memcpy(right,temp,32);
return 0;
} //加密单个分组
int DES_EncryptBlock(ElemType plainBlock[8], ElemType subKeys[16][48], ElemType cipherBlock[8]){
ElemType plainBits[64];
ElemType copyRight[48];
int cnt; Char8ToBit64(plainBlock,plainBits);
//初始置换（IP置换）
DES_IP_Transform(plainBits); //16轮迭代
for(cnt = 0; cnt < 16; cnt++){
memcpy(copyRight,plainBits+32,32);
//将右半部分进行扩展置换，从32位扩展到48位
DES_E_Transform(copyRight);
//将右半部分与子密钥进行异或操作
DES_XOR(copyRight,subKeys[cnt],48);
//异或结果进入S盒，输出32位结果
DES_SBOX(copyRight);
//P置换
DES_P_Transform(copyRight);
//将明文左半部分与右半部分进行异或
DES_XOR(plainBits,copyRight,32);
if(cnt != 15){
//最终完成左右部的交换
DES_Swap(plainBits,plainBits+32);
}
}
//逆初始置换（IP^1置换）
DES_IP_1_Transform(plainBits);
Bit64ToChar8(plainBits,cipherBlock);
return 0;
} //解密单个分组
int DES_DecryptBlock(ElemType cipherBlock[8], ElemType subKeys[16][48],ElemType plainBlock[8]){
ElemType cipherBits[64];
ElemType copyRight[48];
int cnt; Char8ToBit64(cipherBlock,cipherBits);
//初始置换（IP置换）
DES_IP_Transform(cipherBits); //16轮迭代
for(cnt = 15; cnt >= 0; cnt--){
memcpy(copyRight,cipherBits+32,32);
//将右半部分进行扩展置换，从32位扩展到48位
DES_E_Transform(copyRight);
//将右半部分与子密钥进行异或操作
DES_XOR(copyRight,subKeys[cnt],48);
//异或结果进入S盒，输出32位结果
DES_SBOX(copyRight);
//P置换
DES_P_Transform(copyRight);
//将明文左半部分与右半部分进行异或
DES_XOR(cipherBits,copyRight,32);
if(cnt != 0){
//最终完成左右部的交换
DES_Swap(cipherBits,cipherBits+32);
}
}
//逆初始置换（IP^1置换）
DES_IP_1_Transform(cipherBits);
Bit64ToChar8(cipherBits,plainBlock);
return 0;
} //加密文件
int DES_Encrypt(char *plainFile, char *keyStr,char *cipherFile){
FILE *plain,*cipher;
int count;
ElemType plainBlock[8],cipherBlock[8],keyBlock[8];
ElemType bKey[64];
ElemType subKeys[16][48];
if((plain = fopen(plainFile,"rb")) == NULL){
return PLAIN_FILE_OPEN_ERROR;
}
if((cipher = fopen(cipherFile,"wb")) == NULL){
return CIPHER_FILE_OPEN_ERROR;
}
//设置密钥
memcpy(keyBlock,keyStr,8);
//将密钥转换为二进制流
Char8ToBit64(keyBlock,bKey);
//生成子密钥
DES_MakeSubKeys(bKey,subKeys); while(!feof(plain)){
//每次读8个字节，并返回成功读取的字节数
if((count = fread(plainBlock,sizeof(char),8,plain)) == 8){
DES_EncryptBlock(plainBlock,subKeys,cipherBlock);
fwrite(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher);
}
}
if(count){
//填充
memset(plainBlock + count,'\0',7 - count);
//最后一个字符保存包括最后一个字符在内的所填充的字符数量
plainBlock[7] = 8 - count;
DES_EncryptBlock(plainBlock,subKeys,cipherBlock);
fwrite(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher);
}
fclose(plain);
fclose(cipher);
return OK;
} //解密文件
int DES_Decrypt(char *cipherFile, char *keyStr,char *plainFile){
FILE *plain, *cipher;
int count,times = 0;
long fileLen;
ElemType plainBlock[8],cipherBlock[8],keyBlock[8];
ElemType bKey[64];
ElemType subKeys[16][48];
if((cipher = fopen(cipherFile,"rb")) == NULL){
return CIPHER_FILE_OPEN_ERROR;
}
if((plain = fopen(plainFile,"wb")) == NULL){
return PLAIN_FILE_OPEN_ERROR;
} //设置密钥
memcpy(keyBlock,keyStr,8);
//将密钥转换为二进制流
Char8ToBit64(keyBlock,bKey);
//生成子密钥
DES_MakeSubKeys(bKey,subKeys); //取文件长度
fseek(cipher,0,SEEK_END); //将文件指针置尾
fileLen = ftell(cipher); //取文件指针当前位置
rewind(cipher); //将文件指针重指向文件头
while(1){
//密文的字节数一定是8的整数倍
fread(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher);
DES_DecryptBlock(cipherBlock,subKeys,plainBlock);
times += 8;
if(times < fileLen){
fwrite(plainBlock,sizeof(char),8,plain);
}
else{
break;
}
}
//判断末尾是否被填充
if(plainBlock[7] < 8){
for(count = 8 - plainBlock[7]; count < 7; count++){
if(plainBlock[count] != '\0'){
break;
}
}
}
if(count == 7){//有填充
fwrite(plainBlock,sizeof(char),8 - plainBlock[7],plain);
}
else{//无填充
fwrite(plainBlock,sizeof(char),8,plain);
} fclose(plain);
fclose(cipher);
return OK;
} //字节转换成二进制
int ByteToBit(ElemType ch, ElemType bit[8]){
int cnt;
for(cnt = 0;cnt < 8; cnt++){
*(bit+cnt) = (ch>>cnt)&1;
}
return 0;
} //二进制转换成字节
int BitToByte(ElemType bit[8],ElemType *ch){
int cnt;
for(cnt = 0;cnt < 8; cnt++){
*ch |= *(bit + cnt)<<cnt;
}
return 0;
} //将长度为8的字符串转为二进制位串
int Char8ToBit64(ElemType ch[8],ElemType bit[64]){
int cnt;
for(cnt = 0; cnt < 8; cnt++){
ByteToBit(*(ch+cnt),bit+(cnt<<3));
}
return 0;
} //将二进制位串转为长度为8的字符串
int Bit64ToChar8(ElemType bit[64],ElemType ch[8]){
int cnt;
memset(ch,0,8);
for(cnt = 0; cnt < 8; cnt++){
BitToByte(bit+(cnt<<3),ch+cnt);
}
return 0;
} //生成子密钥
int DES_MakeSubKeys(ElemType key[64],ElemType subKeys[16][48]){
ElemType temp[56];
int cnt;
DES_PC1_Transform(key,temp);//PC1置换
for(cnt = 0; cnt < 16; cnt++){//16轮跌代，产生16个子密钥
DES_ROL(temp,MOVE_TIMES[cnt]);//循环左移
DES_PC2_Transform(temp,subKeys[cnt]);//PC2置换，产生子密钥
}
return 0;
} //密钥置换1
int DES_PC1_Transform(ElemType key[64], ElemType tempbts[56]){
int cnt;
for(cnt = 0; cnt < 56; cnt++){
tempbts[cnt] = key[PC_1[cnt]];
}
return 0;
} //密钥置换2
int DES_PC2_Transform(ElemType key[56], ElemType tempbts[48]){
int cnt;
for(cnt = 0; cnt < 48; cnt++){
tempbts[cnt] = key[PC_2[cnt]];
}
return 0;
} //循环左移
int DES_ROL(ElemType data[56], int time){
ElemType temp[56]; //保存将要循环移动到右边的位
memcpy(temp,data,time);
memcpy(temp+time,data+28,time); //前28位移动
memcpy(data,data+time,28-time);
memcpy(data+28-time,temp,time); //后28位移动
memcpy(data+28,data+28+time,28-time);
memcpy(data+56-time,temp+time,time); return 0;
} //IP置换
int DES_IP_Transform(ElemType data[64]){
int cnt;
ElemType temp[64];
for(cnt = 0; cnt < 64; cnt++){
temp[cnt] = data[IP_Table[cnt]];
}
memcpy(data,temp,64);
return 0;
} //IP逆置换
int DES_IP_1_Transform(ElemType data[64]){
int cnt;
ElemType temp[64];
for(cnt = 0; cnt < 64; cnt++){
temp[cnt] = data[IP_1_Table[cnt]];
}
memcpy(data,temp,64);
return 0;
} //扩展置换
int DES_E_Transform(ElemType data[48]){
int cnt;
ElemType temp[48];
for(cnt = 0; cnt < 48; cnt++){
temp[cnt] = data[E_Table[cnt]];
}
memcpy(data,temp,48);
return 0;
} //P置换
int DES_P_Transform(ElemType data[32]){
int cnt;
ElemType temp[32];
for(cnt = 0; cnt < 32; cnt++){
temp[cnt] = data[P_Table[cnt]];
}
memcpy(data,temp,32);
return 0;
} //异或
int DES_XOR(ElemType R[48], ElemType L[48] ,int count){
int cnt;
for(cnt = 0; cnt < count; cnt++){
R[cnt] ^= L[cnt];
}
return 0;
} //S盒置换
int DES_SBOX(ElemType data[48]){
int cnt;
int line,row,output;
int cur1,cur2;
for(cnt = 0; cnt < 8; cnt++){
cur1 = cnt*6;
cur2 = cnt<<2; //计算在S盒中的行与列
line = (data[cur1]<<1) + data[cur1+5];
row = (data[cur1+1]<<3) + (data[cur1+2]<<2)
+ (data[cur1+3]<<1) + data[cur1+4];
output = S[cnt][line][row]; //化为2进制
data[cur2] = (output&0X08)>>3;
data[cur2+1] = (output&0X04)>>2;
data[cur2+2] = (output&0X02)>>1;
data[cur2+3] = output&0x01;
}
return 0;
} //交换
int DES_Swap(ElemType left[32], ElemType right[32]){
ElemType temp[32];
memcpy(temp,left,32);
memcpy(left,right,32);
memcpy(right,temp,32);
return 0;
} //加密单个分组
int DES_EncryptBlock(ElemType plainBlock[8], ElemType subKeys[16][48], ElemType cipherBlock[8]){
ElemType plainBits[64];
ElemType copyRight[48];
int cnt; Char8ToBit64(plainBlock,plainBits);
//初始置换（IP置换）
DES_IP_Transform(plainBits); //16轮迭代
for(cnt = 0; cnt < 16; cnt++){
memcpy(copyRight,plainBits+32,32);
//将右半部分进行扩展置换，从32位扩展到48位
DES_E_Transform(copyRight);
//将右半部分与子密钥进行异或操作
DES_XOR(copyRight,subKeys[cnt],48);
//异或结果进入S盒，输出32位结果
DES_SBOX(copyRight);
//P置换
DES_P_Transform(copyRight);
//将明文左半部分与右半部分进行异或
DES_XOR(plainBits,copyRight,32);
if(cnt != 15){
//最终完成左右部的交换
DES_Swap(plainBits,plainBits+32);
}
}
//逆初始置换（IP^1置换）
DES_IP_1_Transform(plainBits);
Bit64ToChar8(plainBits,cipherBlock);
return 0;
} //解密单个分组
int DES_DecryptBlock(ElemType cipherBlock[8], ElemType subKeys[16][48],ElemType plainBlock[8]){
ElemType cipherBits[64];
ElemType copyRight[48];
int cnt; Char8ToBit64(cipherBlock,cipherBits);
//初始置换（IP置换）
DES_IP_Transform(cipherBits); //16轮迭代
for(cnt = 15; cnt >= 0; cnt--){
memcpy(copyRight,cipherBits+32,32);
//将右半部分进行扩展置换，从32位扩展到48位
DES_E_Transform(copyRight);
//将右半部分与子密钥进行异或操作
DES_XOR(copyRight,subKeys[cnt],48);
//异或结果进入S盒，输出32位结果
DES_SBOX(copyRight);
//P置换
DES_P_Transform(copyRight);
//将明文左半部分与右半部分进行异或
DES_XOR(cipherBits,copyRight,32);
if(cnt != 0){
//最终完成左右部的交换
DES_Swap(cipherBits,cipherBits+32);
}
}
//逆初始置换（IP^1置换）
DES_IP_1_Transform(cipherBits);
Bit64ToChar8(cipherBits,plainBlock);
return 0;
} //加密文件
int DES_Encrypt(char *plainFile, char *keyStr,char *cipherFile){
FILE *plain,*cipher;
int count;
ElemType plainBlock[8],cipherBlock[8],keyBlock[8];
ElemType bKey[64];
ElemType subKeys[16][48];
if((plain = fopen(plainFile,"rb")) == NULL){
return PLAIN_FILE_OPEN_ERROR;
}
if((cipher = fopen(cipherFile,"wb")) == NULL){
return CIPHER_FILE_OPEN_ERROR;
}
//设置密钥
memcpy(keyBlock,keyStr,8);
//将密钥转换为二进制流
Char8ToBit64(keyBlock,bKey);
//生成子密钥
DES_MakeSubKeys(bKey,subKeys); while(!feof(plain)){
//每次读8个字节，并返回成功读取的字节数
if((count = fread(plainBlock,sizeof(char),8,plain)) == 8){
DES_EncryptBlock(plainBlock,subKeys,cipherBlock);
fwrite(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher);
}
}
if(count){
//填充
memset(plainBlock + count,'\0',7 - count);
//最后一个字符保存包括最后一个字符在内的所填充的字符数量
plainBlock[7] = 8 - count;
DES_EncryptBlock(plainBlock,subKeys,cipherBlock);
fwrite(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher);
}
fclose(plain);
fclose(cipher);
return OK;
} //解密文件
int DES_Decrypt(char *cipherFile, char *keyStr,char *plainFile){
FILE *plain, *cipher;
int count,times = 0;
long fileLen;
ElemType plainBlock[8],cipherBlock[8],keyBlock[8];
ElemType bKey[64];
ElemType subKeys[16][48];
if((cipher = fopen(cipherFile,"rb")) == NULL){
return CIPHER_FILE_OPEN_ERROR;
}
if((plain = fopen(plainFile,"wb")) == NULL){
return PLAIN_FILE_OPEN_ERROR;
} //设置密钥
memcpy(keyBlock,keyStr,8);
//将密钥转换为二进制流
Char8ToBit64(keyBlock,bKey);
//生成子密钥
DES_MakeSubKeys(bKey,subKeys); //取文件长度
fseek(cipher,0,SEEK_END); //将文件指针置尾
fileLen = ftell(cipher); //取文件指针当前位置
rewind(cipher); //将文件指针重指向文件头
while(1){
//密文的字节数一定是8的整数倍
fread(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher);
DES_DecryptBlock(cipherBlock,subKeys,plainBlock);
times += 8;
if(times < fileLen){
fwrite(plainBlock,sizeof(char),8,plain);
}
else{
break;
}
}
//判断末尾是否被填充
if(plainBlock[7] < 8){
for(count = 8 - plainBlock[7]; count < 7; count++){
if(plainBlock[count] != '\0'){
break;
}
}
}
if(count == 7){//有填充
fwrite(plainBlock,sizeof(char),8 - plainBlock[7],plain);
}
else{//无填充
fwrite(plainBlock,sizeof(char),8,plain);
} fclose(plain);
fclose(cipher);
return OK;
} 最后，写一个简单的main函数来检验它： C代码
int main()
{
clock_t a,b;
a = clock();
DES_Encrypt("1.txt","key.txt","2.txt");
b = clock();
printf("加密消耗%d毫秒\n",b-a); system("pause");
a = clock();
DES_Decrypt("2.txt","key.txt","3.txt");
b = clock();
printf("解密消耗%d毫秒\n",b-a);
getchar();
return 0;
}
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