DES对称加密算法详解和c++代码实现(带样例和详细的中间数据)
特点:
1.DES是对称性加密算法,即加密和解密是对称的,用的是同一个密钥
2.DES只处理二进制数据,所以需要将明文转换成为2进制数据
3.DES每次处理64位的数据,所以应该将明文切割成64位的分组,当最后一组数据不足64位的时候,高位补0
4.DES使用64位的密钥,但因为密钥中的每8位会被忽略,所以有效的密钥长度是56位,从而产生16个48位的子密钥(变换过程后面会说明)
5.每64位数据一个块,是DES的永恒组织方式
具体样例分析:
(仅以一组64位数据为例分析加密过程)
明文M是:8787878787878787
密钥K是:0E329232EA6D0D73
上面的信息都是16进制的,转换为2进制
明文M是:0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
密钥K是:00010011 00110100 01010111 01111001 10011011 10111100 11011111 11110001
第一步:根据密钥生成16个子密钥
1.根据密钥初始置换表将64位的密钥转化为58位的密钥
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
由于上表中第一个元素为57,这将使原秘钥的第57位变换为新秘钥K+的第1位。同理,原秘钥的第49位变换为新秘钥的第2位……原秘钥的第4位变换为新秘钥的最后一位。注意原秘钥中只有56位会进入新秘钥,上表也只有56个元素。
原密钥K:00010011 00110100 01010111 01111001 10011011 10111100 11011111 11110001
新密钥K:1111000 0110011 0010101 0101111 0101010 1011001 1001111 0001111
2.将新密钥拆分成C0和D0,每组都有28位
比如新密钥
C0:1111000 0110011 0010101 0101111
D0:0101010 1011001 1001111 0001111
3.根据密钥轮次左移表,左移特定的位数
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1
比如第一轮是左移1位,第二轮也是左移1位,第三轮是左移两位
所以
C1:1110000110011001010101011111
D1:1010101011001100111100011110
下面给出C1,D1到C16,D16的数据:
C1 = 1110000110011001010101011111
D1 = 1010101011001100111100011110
C2 = 1100001100110010101010111111
D2 = 0101010110011001111000111101
C3 = 0000110011001010101011111111
D3 = 0101011001100111100011110101
C4 = 0011001100101010101111111100
D4 = 0101100110011110001111010101
C5 = 1100110010101010111111110000
D5 = 0110011001111000111101010101
C6 = 0011001010101011111111000011
D6 = 1001100111100011110101010101
C7 = 1100101010101111111100001100
D7 = 0110011110001111010101010110
C8 = 0010101010111111110000110011
D8 = 1001111000111101010101011001
C9 = 0101010101111111100001100110
D9 = 0011110001111010101010110011
C10 = 0101010111111110000110011001
D10 = 1111000111101010101011001100
C11 = 0101011111111000011001100101
D11 = 1100011110101010101100110011
C12 = 0101111111100001100110010101
D12 = 0001111010101010110011001111
C13 = 0111111110000110011001010101
D13 = 0111101010101011001100111100
C14 = 1111111000011001100101010101
D14 = 1110101010101100110011110001
C15 = 1111100001100110010101010111
D15 = 1010101010110011001111000111
C16 = 1111000011001100101010101111
D16 = 0101010101100110011110001111
需要记住的是:每一对Cn 和 Dn都是由前一对Cn-1 和 Dn-1移位而来!
4.得到Cn,Dn后合并CnDn,然后根据密钥压缩置换表将56位密钥压缩成48位的子密钥
密钥压缩置换表:
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
每对子秘钥有56位,但PC-2仅仅使用其中的48位。
于是,第n轮的新秘钥Kn 的第1位来自组合子秘钥CnDn的第14位,第2位来自第17位,依次类推,知道新秘钥的第48位来自组合秘钥的第32位。
下面给出子密钥K1到K16的数据:
K1 = 000110 110000 001011 101111 111111 000111 000001 110010
K2 = 011110 011010 111011 011001 110110 111100 100111 100101
K3 = 010101 011111 110010 001010 010000 101100 111110 011001
K4 = 011100 101010 110111 010110 110110 110011 010100 011101
K5 = 011111 001110 110000 000111 111010 110101 001110 101000
K6 = 011000 111010 010100 111110 010100 000111 101100 101111
K7 = 111011 001000 010010 110111 111101 100001 100010 111100
K8 = 111101 111000 101000 111010 110000 010011 101111 111011
K9 = 111000 001101 101111 101011 111011 011110 011110 000001
K10 = 101100 011111 001101 000111 101110 100100 011001 001111
K11 = 001000 010101 111111 010011 110111 101101 001110 000110
K12 = 011101 010111 000111 110101 100101 000110 011111 101001
K13 = 100101 111100 010111 010001 111110 101011 101001 000001
K14 = 010111 110100 001110 110111 111100 101110 011100 111010
K15 = 101111 111001 000110 001101 001111 010011 111100 001010
K16 = 110010 110011 110110 001011 000011 100001 011111 110101
到这里,16个48位的子密钥就生成了
第二步:加密数据块
1.明文初始变换,仍然是64位变为64位
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
参照上表,M的第58位成为IP的第1位,M的第50位成为IP的第2位,M的第7位成为IP的最后一位。
对明文M:0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
IP:1100 1100 0000 0000 1100 1100 1111 1111 1111 0000 1010 1010 1111 0000 1010 1010
这里M的第58位是1,变成了IP的第1位。M的第50位是1,变成了IP的第2位。M的第7位是0,变成了IP的最后一位。
2.数据分组:IP分为左半边的L0和右半边的R0
对上面的IP
L0:1100 1100 0000 0000 1100 1100 1111 1111
R0:1111 0000 1010 1010 1111 0000 1010 1010
3.16轮迭代
然后我们定义一个函数f,输入一个32位的数据和一个48位的子密钥,产生一个32位的输出
从n=1到n=16
Ln=Rn-1
Rn=Ln-1^f(Rn-1,Kn)
通俗的说就是当前迭代的L是上一次迭代的L,当前迭代的R是上一次迭代的L异或f(上次迭代的R,当前子密钥)
下面就是要了解f函数是怎么工作的了
f函数第一步:32位的数据扩展成为48位
明文扩展表:
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
对R0:1111 0000 1010 1010 1111 0000 1010 1010
扩展一下:E(R0) = 011110 100001 010101 010101 011110 100001 010101 010101
f函数第二步:将扩展的结果和48位的子密钥进行异或运算
比如,对K1 , E(R0),我们有:
K1 = 000110 110000 001011 101111 111111 000111 000001 110010
E(R0) = 011110 100001 010101 010101 011110 100001 010101 010101
K1^E(R0) = 011000 010001 011110 111010 100001 100110 010100 100111.
f函数第三步:S盒替代,48位变成32位
一共有8个S盒,分别位S1到S8,所以48位的数据可以分为8组,每组6个数据,用a1a2a3a4a5a6表示
每组数据对应一个S盒
a1和a6组合成2进制,然后转换为10进制,代表对应S盒的行号
a2,a3,a4,a5组合成2进制,然后转换为10进制,代表对应S盒的列号
从行号和列号可以从对应的S盒中确定一个数X,X是十进制的,转化为4位的二进制输出
所以每个S盒都是输入6位,输出4位,所以最后输出的数据是4*8=32位
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
例子:对于第一轮,我们得到这8个S盒的输出:
K1 + E(R0) = 011000 010001 011110 111010 100001 100110 010100 100111.
S1(B1)S2(B2)S3(B3)S4(B4)S5(B5)S6(B6)S7(B7)S8(B8)= 0101 1100 1000 0010 1011 0101 1001 0111
f函数第四步:进行P盒置换,32位输入,32位输出
P盒置换表:
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
比如,对于8个S盒的输出:
S1(B1)S2(B2)S3(B3)S4(B4)S5(B5)S6(B6)S7(B7)S8(B8)= 0101 1100 1000 0010 1011 0101 1001 0111
我们得到
f = 0010 0011 0100 1010 1010 1001 1011 1011
f函数到此结束
那么,得到当前迭代的R
R1 = L0 ^ f(R0 , K1 )
= 1100 1100 0000 0000 1100 1100 1111 1111
+ 0010 0011 0100 1010 1010 1001 1011 1011
= 1110 1111 0100 1010 0110 0101 0100 0100
在下一轮迭代中,我们的L2 = R1,这就是我们刚刚计算的结果。之后我们必须计算R2 =L1 + f(R1, K2),一直完成16个迭代。在第16个迭代之后,我们有了区块L16 and R16。
下面给出L1,R1到L16,R16的数据:
L[1]:11110000101010101111000010101010
R[1]:11101111010010100110010101000100
L[2]:11101111010010100110010101000100
R[2]:11001100000000010111011100001001
L[3]:11001100000000010111011100001001
R[3]:10100010010111000000101111110100
L[4]:10100010010111000000101111110100
R[4]:01110111001000100000000001000101
L[5]:01110111001000100000000001000101
R[5]:10001010010011111010011000110111
L[6]:10001010010011111010011000110111
R[6]:11101001011001111100110101101001
L[7]:11101001011001111100110101101001
R[7]:00000110010010101011101000010000
L[8]:00000110010010101011101000010000
R[8]:11010101011010010100101110010000
L[9]:11010101011010010100101110010000
R[9]:00100100011111001100011001111010
L[10]:00100100011111001100011001111010
R[10]:10110111110101011101011110110010
L[11]:10110111110101011101011110110010
R[11]:11000101011110000011110001111000
L[12]:11000101011110000011110001111000
R[12]:01110101101111010001100001011000
L[13]:01110101101111010001100001011000
R[13]:00011000110000110001010101011010
L[14]:00011000110000110001010101011010
R[14]:11000010100011001001011000001101
L[15]:11000010100011001001011000001101
R[15]:01000011010000100011001000110100
L[16]:01000011010000100011001000110100
R[16]:00001010010011001101100110010101
4.逆转区位和最终变换
逆转区位:64位输出:R16+L16
然后将R16L16组合的64位数据进行最终置换,64位->64位
最终置换表:
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
比如,如果我们使用了上述方法得到了第16轮的左右两个区块:
- L16 = 0100 0011 0100 0010 0011 0010 0011 0100
- R16 = 0000 1010 0100 1100 1101 1001 1001 0101
我们将这两个区块调换位置,然后执行最终变换:
- R16L16 = 00001010 01001100 11011001 10010101 01000011 01000010 00110010 00110100
- IP-1 = 10000101 11101000 00010011 01010100 00001111 00001010 10110100 00000101
写成16进制得到:
- 85E813540F0AB405
这就是明文M = 0123456789ABCDEF的加密形式C = 85E813540F0AB405。
下面我将给出明文M和密钥K加密出密文C的所有中间数据!!!!
二进制明文:
二进制密文: 16个子密钥:
K1:
K2:
K3:
K4:
K5:
K6:
K7:
K8:
K9:
K10:
K11:
K12:
K13:
K14:
K15:
K16: 明文初始置换结果(->): L0:
R0: 第1次迭代
32位数据扩展为48位结果:
密钥和扩展数据异或结果:
S盒替代结果(->):
P盒替代结果(->):
L[]:
R[]: 第2次迭代
32位数据扩展为48位结果:
密钥和扩展数据异或结果:
S盒替代结果(->):
P盒替代结果(->):
L[]:
R[]: 第3次迭代
32位数据扩展为48位结果:
密钥和扩展数据异或结果:
S盒替代结果(->):
P盒替代结果(->):
L[]:
R[]: 第4次迭代
32位数据扩展为48位结果:
密钥和扩展数据异或结果:
S盒替代结果(->):
P盒替代结果(->):
L[]:
R[]: 第5次迭代
32位数据扩展为48位结果:
密钥和扩展数据异或结果:
S盒替代结果(->):
P盒替代结果(->):
L[]:
R[]: 第6次迭代
32位数据扩展为48位结果:
密钥和扩展数据异或结果:
S盒替代结果(->):
P盒替代结果(->):
L[]:
R[]: 第7次迭代
32位数据扩展为48位结果:
密钥和扩展数据异或结果:
S盒替代结果(->):
P盒替代结果(->):
L[]:
R[]: 第8次迭代
32位数据扩展为48位结果:
密钥和扩展数据异或结果:
S盒替代结果(->):
P盒替代结果(->):
L[]:
R[]: 第9次迭代
32位数据扩展为48位结果:
密钥和扩展数据异或结果:
S盒替代结果(->):
P盒替代结果(->):
L[]:
R[]: 第10次迭代
32位数据扩展为48位结果:
密钥和扩展数据异或结果:
S盒替代结果(->):
P盒替代结果(->):
L[]:
R[]: 第11次迭代
32位数据扩展为48位结果:
密钥和扩展数据异或结果:
S盒替代结果(->):
P盒替代结果(->):
L[]:
R[]: 第12次迭代
32位数据扩展为48位结果:
密钥和扩展数据异或结果:
S盒替代结果(->):
P盒替代结果(->):
L[]:
R[]: 第13次迭代
32位数据扩展为48位结果:
密钥和扩展数据异或结果:
S盒替代结果(->):
P盒替代结果(->):
L[]:
R[]: 第14次迭代
32位数据扩展为48位结果:
密钥和扩展数据异或结果:
S盒替代结果(->):
P盒替代结果(->):
L[]:
R[]: 第15次迭代
32位数据扩展为48位结果:
密钥和扩展数据异或结果:
S盒替代结果(->):
P盒替代结果(->):
L[]:
R[]: 第16次迭代
32位数据扩展为48位结果:
密钥和扩展数据异或结果:
S盒替代结果(->):
P盒替代结果(->):
L[]:
R[]: R16L16: 最终置换结果: 密文(二进制):
密文(16进制):85E813540F0AB405
关于解密:解密只要将密文看作明文,然后子密钥逆序使用就可以还原成为明文,因为DES是对称加密算法!
C++代码实现:
/************************************************************************* > File Name: DES.cpp > Author: YB > E-mail: 1348756432@qq.com > Created Time: 2019年03月01日 星期五 ************************************************************************/
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std; /** *数据初始置换表 */
int T1[][]={,,,,,,,,
,,,,,,,,
,,,,,,,,
,,,,,,,,
,,,,,,,,
,,,,,,,,
,,,,,,,,
,,,,,,,};
/** *密钥初始置换表 */
int T2[][]={,,,,,,,
,,,,,,,
,,,,,,,
,,,,,,,
,,,,,,,
,,,,,,,
,,,,,,,
,,,,,,}; /** *密钥循环左移位数表 */
int T3[]={,,,,,,,,,,,,,,,}; /** *密钥压缩置换表 */
int T4[][]={,,,,,,
,,,,,,
,,,,,,
,,,,,,
,,,,,,
,,,,,,
,,,,,,
,,,,,}; /** *数据扩展表 */
int T5[][]={,,,,,,
,,,,,,
,,,,,,
,,,,,,
,,,,,,
,,,,,,
,,,,,,
,,,,,}; /** *S盒置换表 */
int S[][][]={{{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,}},
{{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,},{ ,,,,,,,,,,,,,,,},{ ,,,,,,,,,,,,,,,}},
{{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,}},
{{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,}},
{{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,}},
{{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,}},
{{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,}},
{{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,},{,,,,,,,,,,,,,,,}}}; /** *P盒置换表 */
int P[][]={,,,,
,,,,
,,,,
,,,,
,,,,
,,,,
,,,,
,,,}; /** *最终置换表 */
int T6[][]={ ,,,,,,,,
,,,,,,,,
,,,,,,,,
,,,,,,,,
,,,,,,,,
,,,,,,,,
,,,,,,,,
,,,,,,,}; /** *最终置换函数 64位->64位 *函数说明:s为完成最后一轮循环得到的64为数据 *返回值为密文或明文 */
string final_permutation(string s)
{
string rs="";
for(int i=;i<;i++)
{
for(int j=;j<;j++)
{
rs+=s[T6[i][j]-];
}
}
return rs;
} /** *P盒置换函数 32位->32位 *函数说明:s为S盒的输出 */
string P_box(string s)
{
string rs="";
for(int i=;i<;i++)
{
for(int j=;j<;j++)
{
rs+=(s[P[i][j]-]);
}
}
return rs;
} /** *S盒置换函数 48位->32位 *函数说明:s为48位数据 *返回值为32位 */
string S_box(string s)
{
string rs="";
string s1;
int k1,k2;//S盒的行号和列号
int h=;//决定使用那个S盒
for(int i=;i<=;i=i+,h++)
{
k1=(s[i]-'')*+(s[i+]-'')*;
k2=(s[i+]-'')*+(s[i+]-'')*+(s[i+]-'')*+(s[i+]-'')*;
int x=S[h-][k1][k2];
s1="";
int y=;
for(int j=;j<=;j++)
{
if(x<y)
{
s1+="";
y/=;
}else
{
s1+="";
x=x%y;
y/=;
}
}
rs+=s1;
}
return rs;
} /** *异或运算函数 *要求位数相同 */
string XOR(string s1,string s2)
{
string rs="";
for(int i=;i<s1.length()&&i<s2.length();i++)
{
rs+=((s1[i]-'')^(s2[i]-''))+'';
}
return rs;
} /** *数据扩展函数 32->48 *函数说明:s为数据的右半部分 32位 *扩展成48位的输出 */
string plaintext_righthalf_extended_permutation(string s)
{
string rs="";
for(int i=;i<;i++)
{
for(int j=;j<;j++)
{
rs+=s[T5[i][j]-];
}
}
return rs;
} /** *密钥压缩置换函数 56位->48位 *函数说明:s为56为的密钥 *输出为48位的子密钥 */
string secret_key_compression_replacement(string s)
{
string rs="";
for(int i=;i<;i++)
{
for(int j=;j<;j++)
{
rs+=s[T4[i][j]-];
}
}
return rs;
} /** *密钥循环左移函数 56位->56位 *函数说明:k为左移位数 s为密钥 *返回值位数不变 */
string secret_ket_left_move(int k,string s)//密钥循环左移k位
{
string s1=s.substr(,);
string s2=s.substr(,);
string rs=s1.substr(k,-k)+s1.substr(,k)+s2.substr(k,-k)+s2.substr(,k);
return rs;
} /** *密钥初始置换函数 64位->58位 *函数说明:s为64位的初始密钥 *返回值为58位 */
string secret_key_initial_permutation(string s)
{
string rs="";
for(int i=;i<;i++)
{
for(int j=;j<;j++)
{
rs+=s[T2[i][j]-];
}
}
return rs;
} /** *明文初始置换函数 64位->64位 *函数说明:s为初始明文 64位 *返回值为6位 */
string plaintext_initial_permutation(string s)//明文初始置换
{
string rs="";
for(int i=;i<;i++)
{
for(int j=;j<;j++)
{
rs+=s[T1[i][j]-];
}
}
return rs;
} /** *16进制转2进制函数 *函数说明:s为16进制字符串 *返回为2进制字符串 */
string H(string s)
{
string s1;
string rs="";
for(int i=;i<s.length();i++)
{
int x;
if(s[i]>=''&&s[i]<='')
{
x=s[i]-'';
}else
{
x=s[i]-'A'+;
}
s1="";
int y=;
for(int j=;j<=;j++)
{
if(x<y)
{
y/=;
s1+="";
}else
{
s1+="";
x=x%y;
y=y/;
}
}
rs+=s1;
}
return rs;
} /** *2进制转16进制函数 *str为2进制字符串 *返回值为16进制字符串 */
string G(string str)
{
string rs="";
char temp;
for(int i=;i<=str.length()-;i=i+)
{
int x=(str[i]-'')*+(str[i+]-'')*+(str[i+]-'')*+str[i+]-''; if(x>=)
{
temp=(char)(x-+'A');
}else
{
temp=(char)(x+'');
}
rs+=temp;
}
return rs;
} /** *封装函数f *函数说明:接收32位数据和48位的子密钥 产生一个32位的输出 *str1:32位数据 str2:48位的子密钥 *返回值32位 */ string f(string str1,string str2)
{
string expendR=plaintext_righthalf_extended_permutation(str1);
cout<<"32位数据扩展为48位结果:"<<expendR<<endl; string rs=XOR(expendR,str2);
cout<<"密钥和扩展数据异或结果:"<<rs<<endl; rs=S_box(rs);
cout<<"S盒替代结果(48->32):"<<rs<<endl; rs=P_box(rs);
cout<<"P盒替代结果(32->32):"<<rs<<endl; return rs;
} /** *子密钥生成函数 *函数说明:s为给定的密钥 *生成16个子密钥 */
string Keys[]; void generateKeys(string s)
{
s=secret_key_initial_permutation(s); for(int i=;i<=;i++)
{
s=secret_ket_left_move(T3[i-],s);
Keys[i]=secret_key_compression_replacement(s);
cout<<"K"<<i<<":"<<Keys[i]<<endl;
}
cout<<endl;
} /** *DES加密函数 64位->64位 *函数说明:str1为64位的给定明文 *返回值为64位的密文 */
string encrypt(string str1)
{
//第一步:明文初始置换 64->64
str1=plaintext_initial_permutation(str1);
cout<<"明文初始置换结果(64->64):"<<str1<<endl<<endl; //第二步:数据分组
string left=str1.substr(,);
string right=str1.substr(,);
cout<<"L0:"<<left<<endl;
cout<<"R0:"<<right<<endl<<endl; string newleft; //第三步:16轮迭代
for(int i=;i<=;i++)
{
cout<<"第"<<i<<"次迭代"<<endl;
newleft=right; right=XOR(left,f(right,Keys[i])); left=newleft; cout<<"L["<<i<<"]:"<<left<<endl;
cout<<"R["<<i<<"]:"<<right<<endl<<endl;
} //第四步:合并数据 注意位R16L16
string rs=right+left;
cout<<"R16L16:"<<rs<<endl<<endl; //结尾置换
rs=final_permutation(rs);
cout<<"最终置换结果:"<<rs<<endl<<endl;
return rs; }
/** *解密函数 *str为密文 *输出明文 */
string decrypt(string str)
{
//把密文当作明文进行初始明文置换
str=plaintext_initial_permutation(str);
cout<<"密文当作明文初始置换结果(64->64):"<<str<<endl<<endl; //分组
string left=str.substr(,);
string right=str.substr(,);
cout<<"L0:"<<left<<endl;
cout<<"R0:"<<right<<endl<<endl; string newleft; //逆序的子密钥使用 16轮迭代
for(int i=;i>=;i--)
{
cout<<"第"<<-i<<"次迭代"<<endl; newleft=right;
right=XOR(left,f(right,Keys[i]));
left=newleft; cout<<"L["<<-i<<"]:"<<left<<endl;
cout<<"R["<<-i<<"]:"<<right<<endl<<endl;
} //合并
string rs=right+left;
cout<<"R16L16:"<<rs<<endl<<endl; //最后置换
rs=final_permutation(rs);
cout<<"最终置换结果:"<<rs<<endl<<endl; return rs;
}
int main()
{
//明文 16进制
string str1="0123456789ABCDEF";
//密钥16进制
string str2="133457799BBCDFF1"; string temp=str1;//保存十六进制的明文以便后面验证算法正确性 //进制转换 16->2
str1=H(str1);
str2=H(str2);
cout<<"二进制明文:"<<str1<<endl;
cout<<"二进制密文:"<<str2<<endl<<endl; cout<<"16个子密钥:"<<endl;
//生成16个子密钥
generateKeys(str2); //加密
string rs=encrypt(str1);
cout<<"密文(二进制):"<<rs<<endl; cout<<"密文(16进制):"<<G(rs)<<endl; cout<<"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"<<endl<<"下面是解密过程数据"<<endl<<endl; //解密
rs=decrypt(rs); cout<<"明文(二进制):"<<rs<<endl; //进制转换
rs=G(rs); cout<<"明文(16进制):"<<rs<<endl; if(temp==rs)
cout<<"解密得到的明文和初始明文匹配成功,算法正确"<<endl;
else
cout<<"解密得到的明文和初始明文匹配不成功,算法错误"<<endl; return ;
}
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