目录
DES加密算法
1.0 DES简介
DES算法为密码体制中的对称密码体制，又被称为美国数据加密标准。
DES是一个分组加密算法，典型的DES以64位为分组对数据加密，加密和解密用的基本上是同一个算法。其密钥长64位，密钥事实上是56位参与DES运算（第8、16、24、32、40、48、56、64位是校验位，使得每个密钥都有奇数个1），分组后的明文组和56位的密钥按位替代或交换的方法形成密文组。
2.0 算法大致流程
大概流程如下
具体一些的如下
3.0 原理和实现
由第二节的流程图，我们大概知道了，DES加密算法大概流程为
IP置换 => 16轮迭代 =>IP逆置换 三个步骤
其中涉及到F轮函数的设计以及密钥生成方法，下面将分别介绍。
3.1 IP置换
将64位二进制明文按照下表进行置换，经过置换后，明文的第i位变成了原来的IP_1[i]位。
置换之后再把64位明文分为L0和R0两部分，各32位。
代码实现：
bool data[65],L_0[65],R_0[65]; // 明文以及打乱之后分开的L0和R0
int IP_1[65] = // IP初始置换表
{
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,
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
};
void IP_Init_Trans()
{
bool tmp[65];
for(int i=1;i<=64;i++)tmp[i] = data[i];
for(int i=1;i<=64;i++)data[i] = tmp[IP_0[i]];
for(int i=1;i<=32;i++)L_0[i] = data[i],R_0[i] = data[i + 32];
}
3.2 轮函数
轮函数分为四步：
E扩展
扩展置置换目标是IP置换后获得的右半部分R_0，将32位输入扩展为48位(分为4位×8组)输出。
由流程图可知这个函数只对R_0用 
，而L_0是直接赋值的。
E扩展置换表为
可以发现，这个置换表的原理就是，把32bit数据分成8组，每组4bit，把每个4bit数据最左边添加上其上一组4bit数据的第四位，每个4bit数据最右边添加上其下一组数据的第一位，其中第一组和最后一组是相邻的。这样就把8 * 4bit = 32bit数据转变成了8 * 6bit = 32bit数据。
轮密钥异或
扩展置换之后，右半部分数据R_0变为48位，与轮密钥进行异或，这里只需要知道轮密钥是由密钥生成函数产生的，其长度也为48bit，密钥生成函数后面会提到。
S盒压缩
将异或之后的48位R_0分成8组，每组长度为6bit，将它们分别输入到S_1到S_8这8个盒中，每个盒产生4位输出，最后将输出拼接成4 * 8 = 32bit数据。
具体方法为：
把6bit数据首位2位拿出来，中间4位拿出来，拼接转化成10进制数，假设分别为a，b，输出就是第S_i盒的第a行第b列。再把这个十进制数转化为4位2进制数，就实现了S盒的压缩功能。
P置换
最后再进行一次P盒置换
代码实现：
int E[33] =
{
0, 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
};
int S[10][5][17] =
{
{ // 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}
}
};
int P[33] =
{
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
};
int E_R0[50];
void E_Extent()
{
for(int i=1;i<=48;i++)
E_R0[i] = R0[E[i]];
/*for(int i=0;i<8;i++)
{
if(i == 0)E_R0[i + 1] = R0[32],E_R0[i + 6] = R0[(i + 1) * 4 + 1];
else if(i == 7)E_R0[i * 6 + 1] = R0[(i - 1) * 4 + 4],E_R0[i * 6 + 6] = R0[1]; // 特判一下
else E_R0[i * 6 + 1] = R0[(i - 1) * 4 + 4], E_R0[i * 6 + 6] = R0[(i + 1) * 4 + 1];
for(int j=2;j<=5;j++) E_R0[i * 6 + j] = R0[i * 4 + j - 1];
}*/
}
void Key_Xor()
{
for(int i=1;i<=48;i++)E_R0[i] ^= K0[i];
}
void S_Compact()
{
for(int i=0;i<8;i++)
{
int a = E_R0[i * 6 + 1] << 1 + E_R0[i * 6 + 6];
int b = E_R0[i * 6 + 2] << 3 + E_R0[i * 6 + 3] << 2 + E_R0[i * 6 + 3] << 1 + E_R0[i * 6 + 4];
int c = S[i][a][b];
for(int j=4;j>=1;j--)
{
R0[i * 4 + j] = c % 2;
c /= 2;
}
}
}
void P_Rep()
{
int tmp[33];
for(int i=1;i<=32;i++)tmp[i] = R0[i];
for(int i=1;i<=32;i++)R0[i] = tmp[P[i]];
}
void f()
{
E_Extent();
Key_Xor();
S_Compact();
P_Rep();
}
3.3 IP逆置换
16轮迭代后将L16与R16合并，形成64位二进制，然后按照下表进行逆初始置换，得到最终的64位密文。
代码实现：
int IP2[65] =
{
0, 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
};
void IP_RevTrans()
{
int tmp[65];
for(int i=1;i=32;i++)tmp[i] = L16[i];
for(int i=33;i<=64;i++)tmp[i] = R16[i - 32];
for(int i=1;i<=64;i++)data[i] = tmp[IP2[i]];
}
3.4 密钥生成
之前只介绍了关于密钥的使用，但是第k轮的密钥是如何获得的并没有说明。
密钥生成流程如下
将初始的64位密钥按顺序编号，然后填充为8*8矩阵，最后一列作为奇偶校验位（也就是8,16,24,32,40,48,56和64这8位），其他的56位组成初始56位密钥。
随后将初始56位密钥按下图的置换表进行置换，打乱密钥顺序
发现以及从64位变成了56位，我们把这56位分成两份Ci和Di，每份28位，按下方的移位次数表进行移位
每一轮移位以后我们都可以将C和D拼起来获得一个56位密钥Ki，再按照下表对密钥进行压缩，从56位变成48位，就可以用到轮函数的计算中了。
代码实现：
int Key[65], Key_Trans[65], C[65], D[65];
int Key_mov[17] = {1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1};
int Key_Init[57] = // 密钥初始置换表
{
0, 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
};
int Key_comp[50] = // 第二次压缩置换表
{
0, 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
};
void Key_InitTrans() // 密钥初始置换算法
{
for (int i=1;i<=56;i++)Key_trans[i] = Key[Key_Init[i]];
for (int i=0;i<=28;i++)C[i] = Key_trans[i];
for (int i=29;i<=56;i++)D[i - 28] = Key_trans[i];
int tmp_1, tmp_2, tmp_3, tmp_4;//存第一位
for (int i = 0; i < 16; ++i)
{
if (Key_mov[i] == 1) // 左移一位
{
tmp_1 = C[1], tmp_2 = D[1];
for (j=1;j<=27;j++)C[j] = C[j + 1], D[j] = D[j + 1];
C[28] = tmp_1, D[28] = tmp_2;
}
else // 左移两位
{
tmp_1 = C[1], tmp_2 = C[2], tmp_3 = D[1], tmp_4 = D[2];
for (int j=1;j<=26;j++)C[j] = C[j + 2], D[j] = D[j + 2];
C[26] = tmp_1, C[27] = tmp_2, D[26] = tmp_3, D[27] = tmp_4;
}
}
for (int i=1;i<=28;i++) Key_trans[i] = C[i];
for (int i=29;i<=56;i++) Key_trans[i] = D[i - 28]; // 拼起来
for (int i=1;i<=48;i++) Key[i] = Key_trans[Key_comp[i]]; //第二次置换
}
4.0 解密过程
DES算法的解密和加密是一个原理，算法也基本类似，只有少数地方不同
-
若加密时子密钥的使用顺序是K1, K2…K16，那么解密时顺序就是K16, K15…K1
-
加密生成密钥时是循环左移，解密生成密钥时是循环右移
5.0 完整的轮子（网上嫖的）
//经过上述对DES算法每一步的深入研究分析，在理论上对DES算法的实现有了较为清晰的思路，笔者将依据上述理论分析，在Windows10操作系统下，利用Codeblocks开发环境，采用C++11标准对DES算法进行代码实现。
//笔者特别说明，为了简便话，笔者使用随机数来生成算法所需的各个表格，并且在加密和解密过程中用到的密钥相同，参照表格相同。
#include<iostream>
#include<cstdlib>
#include<cstdio>
#include<ctime>
using namespace std;
char plaintext[8];//明文8字符,64位
char key[16];//秘钥,16个16进制数，64位
char ciphertext[16];//密文,16个16进制数，64位
int PC_1[8][7];//64位秘钥转成56位秘钥所用表
int left_move_table[16];//循环左移参照表
int PC_2[8][6];//cidi56位秘钥转成48位秘钥ki所用表
int E_bit_selection_table[8][6];//在f函数执行期间，转换Ri用到的参照表
int IP_1[8][8];//initial permutation ，64位数据第一次变换参照的表
int S[8][4][16];//8个S盒
int sub_key[17][48];//16个子秘钥,k1到k16
int P[8][4];//
int IP_2[8][8];//最后一次变换所参照的表
int L[17][32],R[17][32];//数据加密阶段，产生16对数据块1到16分别存放
void init();//初始化各个参照表
void hex_bin(char x,int tmp[]);//16进制数x转成4位二进制
void bin_hex(int tmp[4],char &c);//4位2进制转16进制，结果存放在字符c中
void char_to_bin(char c,int tmp[]);//把一个ADCII码字符转成2进制8位存储到tmp
void circle_left_move(int a[],int step);//循环左移，这里只有28位的秘钥，左移step位
void make_sub_key();//产生子秘钥
void exclusive_or(int a[],int b[],int n,int result[]);//异或,a数组,b数组表示的两个n位二进制数进行异或
void make_random(int n,int s[]);//产生n个随机数，放在数组a中
void f(int n,int P_end[32]);//得到的f存到P_end数组中
void des();//执行DES算法
void decode();//解密
void go();//程序控制
int main()
{
go();
return 0;
}
//产生n个互不相同的数分别是1-n
void make_random(int n,int s[]){
int a[64];
int index=0;
for(int i=0;i<n;i++){
a[i]=i+1;
}
srand(unsigned(time(0)));//播种子
for(int i=0;i<n;){
index=rand()%n;
if(a[index]!=0){
s[i]=a[index];
a[index]=0;
i++;
}
}
}
void init(){
int s[64];//存放产生的随机数
int cnt=0;
//初始化PC_1表（64位秘钥转56位秘钥参照表）
make_random(64,s);
cnt=0;
for(int i=0;i<8;i++){
for(int j=0;j<7;j++){
PC_1[i][j]=s[cnt++];
}
}
//初始化循环左移表left_move_table
for(int i=0;i<16;i++){
left_move_table[i]=rand()%6+1;//这里假设循环左移1到6位
}
//初始化PC_2表（56位秘钥转48位秘钥参照表）
make_random(48,s);
cnt=0;
for(int i=0;i<8;i++){
for(int j=0;j<6;j++){
PC_2[i][j]=s[cnt++];
}
}
//初始化IP_1表（64位原始数据转成新的64位数据块
make_random(64,s);
cnt=0;
for(int i=0;i<8;i++){
for(int j=0;j<8;j++){
IP_1[i][j]=s[cnt++];
}
}
//初始化E_bit_selection_table，在f函数执行期间对Ri转换下
//32位扩到48位，只能在1-32选取
for(int i=0;i<8;i++){
for(int j=0;j<6;j++){
E_bit_selection_table[i][j]=rand()%32+1;
}
}
//初始化S盒
for(int i=0;i<8;i++){
for(int j=0;j<4;j++){
make_random(16,s);
cnt=0;
for(int k=0;k<16;k++){
s[k]-=1;
}
for(int k=0;k<16;k++){
S[i][j][k]=s[cnt++];
}
}
}
//初始P，8个盒子已经搞完了一遍
make_random(32,s);
cnt=0;
for(int i=0;i<8;i++){
for(int j=0;j<4;j++){
P[i][j]=s[cnt++];
}
}
//初始化最后一个表IP_2
make_random(64,s);
cnt=0;
for(int i=0;i<8;i++){
for(int j=0;j<8;j++){
IP_2[i][j]=s[cnt++];
}
}
}
//一个十六进制数转成4位二进制数
void hex_bin(char x,int tmp[]){
int a,b,c,d;
if('0'==x){a=0;b=0;c=0;d=0;}
else if('1'==x){a=0;b=0;c=0;d=1;}
else if('2'==x){a=0;b=0;c=1;d=0;}
else if('3'==x){a=0;b=0;c=1;d=1;}
else if('4'==x){a=0;b=1;c=0;d=0;}
else if('5'==x){a=0;b=1;c=0;d=1;}
else if('6'==x){a=0;b=1;c=1;d=0;}
else if('7'==x){a=0;b=1;c=1;d=1;}
else if('8'==x){a=1;b=0;c=0;d=0;}
else if('9'==x){a=1;b=0;c=0;d=1;}
else if('a'==x || 'A'==x){a=1;b=0;c=1;d=0;}
else if('b'==x || 'B'==x){a=1;b=0;c=1;d=1;}
else if('c'==x || 'C'==x){a=1;b=1;c=0;d=0;}
else if('d'==x || 'D'==x){a=1;b=1;c=0;d=1;}
else if('e'==x || 'E'==x){a=1;b=1;c=1;d=0;}
else if('f'==x || 'F'==x){a=1;b=1;c=1;d=1;}
tmp[0]=a;tmp[1]=b;tmp[2]=c;tmp[3]=d;
}
void bin_hex(int tmp[4],char &c){
int sum=tmp[0]*8+tmp[1]*4+tmp[2]*2+tmp[3]*1;
if(sum>=0 && sum<=9){
c=sum+'0';
}
else{
if(10==sum) c='a';
else if(11==sum) c='b';
else if(12==sum) c='c';
else if(13==sum) c='d';
else if(14==sum) c='e';
else if(15==sum) c='f';
}
}
//一个字符转成8位二进制数
void char_to_bin(char c,int tmp[]){
int n=(int)c;//把ASCII码字符强制转为整数
int cnt=7;
while(n/2){
tmp[cnt--]=n%2;
n/=2;
}
tmp[cnt]=n;
for(int i=0;i<cnt;i++){
tmp[i]=0;
}
}
//一个数转成4位的二进制数
void number_to_bin(int n,int tmp[]){
int cnt=3;
while(n/2){
tmp[cnt--]=n%2;
n/=2;
}
tmp[cnt]=n;
for(int i=0;i<cnt;i++){
tmp[i]=0;
}
}
void circle_left_move(int a[],int step){
int tmp[28];
int cnt=0;
for(int i=step-1;i<28;i++){
tmp[cnt++]=a[i];
}
for(int i=0;i<step;i++){
tmp[cnt++]=a[i];
}
for(int i=0;i<28;i++){
a[i]=tmp[i];
}
}
void make_sub_key(){
int kkey[64];//把16个16进制的数搞成64个二进制的数，并存储在kkey数组中
int kkey_cnt=0;
//秘钥key中的16个16进制数搞成二进制数共64位存到kkey数组中
for(int i=0;i<16;i++){
int tmp[4];
hex_bin(key[i],tmp);
for(int j=0;j<4;j++){
kkey[kkey_cnt++]=tmp[j];
}
}
int K[56];//原秘钥64位搞成56位放在K里面
int K_cnt=0;
for(int i=0;i<8;i++){
for(int j=0;j<7;j++){
K[K_cnt++]=kkey[PC_1[i][j]-1];//参照表PC_1来搞，把64位搞成56位秘钥
}
}
int c[17][28],d[17][28];
//64位秘钥搞成56位秘钥后，拆成两半，分别给c[0]和d[0]
for(int i=0;i<28;i++){
c[0][i]=K[i];
d[0][i]=K[i+28];
}
//循环左移16次，得到16对ci,di，存到c[17][28],d[17][28]
for(int i=0;i<16;i++){
int tmp_c[28],tmp_d[28];//暂时存储c[i]和d[i]
for(int j=0;j<28;j++){
tmp_c[j]=c[i][j];
tmp_d[j]=d[i][j];
}
//c[i],d[i]都循环左移left_move_table[i]位
circle_left_move(tmp_c,left_move_table[i]);
circle_left_move(tmp_d,left_move_table[i]);
//c[i],d[i]循环左移后，就变成了c[i+1],d[i+1]
for(int j=0;j<28;j++){
c[i+1][j]=tmp_c[j];
d[i+1][j]=tmp_d[j];
}
}
//对16对cidi56位秘钥用PC_2表转成48位秘钥，存到sub_key数组中
for(int i=0;i<16;i++){
int tmp[56];//暂存c[i+1],d[i+1]组成56位秘钥
for(int j=0;j<28;j++){
tmp[j]=c[i+1][j];
tmp[j+28]=d[i+1][j];
}
//56位转成48位
int cnt=0;
for(int j=0;j<8;j++){
for(int k=0;k<6;k++){
sub_key[i+1][cnt++]=tmp[PC_2[j][k]-1];
}
}
}
}
void exclusive_or(int a[],int b[],int n,int result[]){
for(int i=0;i<n;i++){
if(a[i]==b[i]){
result[i]=0;
}
else{
result[i]=1;
}
}
}
void f(int n,int P_end[32]){
int E[48];
int E_cnt=0;
//Ri通过E_bit_selection_table表转换一下，存到E中
for(int i=0;i<8;i++){
for(int j=0;j<6;j++){
E[E_cnt++]=R[n-1][E_bit_selection_table[i][j]-1];
}
}
int tmp_sub_key[48];//暂存sub_key[n]，一维数组便于操作
for(int i=0;i<48;i++){
tmp_sub_key[i]=sub_key[n][i];
}
int exclusive_or_result[100];//存放异或结果的数组
exclusive_or(E,tmp_sub_key,48,exclusive_or_result);
//把子秘钥sub_key[i]与E异或后的结果exclusive_or_result，48位拆成8份
//每一份有6位，分别对每一份进行S盒转变
int temp_result[8][6];
int temp_result_cnt=0;
for(int i=0;i<48;i++){
if(i%6==0 && i!=0){
temp_result_cnt++;
}
temp_result[temp_result_cnt][i%6]=exclusive_or_result[i];
}
int row;//是S盒中对应的行
int col;//在S盒中对于的列
int S8_end[32];//8个盒搞完之后的结果
int S8_end_cnt=0;//8个S盒过一遍之后的结果计数
for(int i=0;i<8;i++){
row=temp_result[i][0]*2+temp_result[i][5]*1;
col=temp_result[i][1]*8+temp_result[i][2]*4+temp_result[i][3]*2+temp_result[i][4]*1;
int tmp[4];//每一份6位变成4位后暂存tmp数组中
int number=S[i][row][col];//S盒中对应的那个数
number_to_bin(number,tmp);//S盒中对应的那个数转成二进制，暂存在tmp数组
for(int j=0;j<4;j++){
S8_end[S8_end_cnt++]=tmp[j];
}
}
//8个盒子过一遍之后，经P再搞一下,存到P_end里面，即f
int P_cnt=0;
for(int i=0;i<8;i++){
for(int j=0;j<4;j++){
P_end[P_cnt++]=S8_end[P[i][j]-1];
}
}
}
void des(){
int M[64];
int M_cnt=0;
//先把8个字符转成64位2进制数，存到M数组中
for(int i=0;i<8;i++){
int tmp[8];//存储每一个1字符对应的8位二进制
char_to_bin(plaintext[i],tmp);
for(int j=0;j<8;j++){
M[M_cnt++]=tmp[j];
}
}
int IP[64];//拿到8字符，转成64位二进制数据块后，安装IP_1表搞一下，搞成新的64位，存到IP数组中
int IP_cnt=0;
for(int i=0;i<8;i++){
for(int j=0;j<8;j++){
IP[IP_cnt++]=M[IP_1[i][j]-1];
}
}
//初始化L[0],R[0]为后续f函数准备
for(int i=0;i<32;i++){
L[0][i]=IP[i];
R[0][i]=IP[i+32];
}
//根据Ln=Rn-1,Rn=Ln-1+f(Rn-1,Kn)公式迭代，这里笔者对此公式更加简化如下
//Ln=Rn-1,Rn=f(n-1)
//下面16次循环后，可以求出L16,R16
for(int i=1;i<=16;i++){
for(int j=0;j<32;j++){
L[i][j]=R[i-1][j];//Ln=Rn-1
}
int P_end[32];
f(i,P_end);//Rn=f(n)+Ln-1，这里求出了f,下面异或下产生Rn
int L_tmp[32];
for(int j=0;j<32;j++){
L_tmp[j]=L[i-1][j];//这里开始还是写错了L_tmp[j]的j写成了i，这一点导致了极大的错误，加密和解密求的f全然不同，导致所有的L,R都不同
}
exclusive_or(P_end,L_tmp,32,P_end);
//上面异或的结果就是Rn
for(int j=0;j<32;j++){
R[i][j]=P_end[j];
}//至此，由f(n-1)终于求出了Rn
}
//求出的R16L16暂存在R16L16的数组中
int R16L16[64];
for(int i=0;i<32;i++){
R16L16[i]=R[16][i];
R16L16[i+32]=L[16][i];
}
int goal[64];//R16L16再过一遍IP_2
int goal_cnt=0;
for(int i=0;i<8;i++){
for(int j=0;j<8;j++){
goal[goal_cnt++]=R16L16[IP_2[i][j]-1];
}
}
//把得到的64位二进制转成16个16进制数
int tmp_goal[4];
char c;
int ciphertext_cnt=0;
for(int i=0;i<64;i++){
tmp_goal[i%4]=goal[i];
if((i+1)%4==0){
bin_hex(tmp_goal,c);
ciphertext[ciphertext_cnt++]=c;
}
}
}
//对加密之后的密文解密
void decode(){
//61个16进制数的密文先搞成64位，存到tmp1
int tmp1[64];
int tmp1_cnt=0;
for(int i=0;i<16;i++){
int tmp[4];//把一个16进制数转成4位的二进制数,存到tmp中
hex_bin(ciphertext[i],tmp);
for(int j=0;j<4;j++){
tmp1[tmp1_cnt++]=tmp[j];
}
}
//继续解密，先搞出R16L16
tmp1_cnt=0;
int R16L16[64];
for(int i=0;i<8;i++){
for(int j=0;j<8;j++){
R16L16[IP_2[i][j]-1]=tmp1[tmp1_cnt++];
}
}
//为了不定义更多的变量，下面求解过程中依然用加密过程中用到的变量
for(int i=0;i<32;i++){
R[16][i]=R16L16[i];
L[16][i]=R16L16[i+32];
}
//经过16次f函数迭代，求L0,R0
for(int i=16;i>=1;i--){
for(int j=0;j<32;j++){
R[i-1][j]=L[i][j];
}
int P_end[32];
f(i,P_end);
int R_tmp[32];
for(int j=0;j<32;j++){
R_tmp[j]=R[i][j];
}
exclusive_or(R_tmp,P_end,32,P_end);
for(int j=0;j<32;j++){
L[i-1][j]=P_end[j];
}
}
int L0R0[64];
for(int i=0;i<32;i++){
L0R0[i]=L[0][i];
L0R0[i+32]=R[0][i];
}
//求出起初的明文64位二进制表示，存到M数组
int M[64];//
int L0R0_cnt=0;
for(int i=0;i<8;i++){
for(int j=0;j<8;j++){
M[IP_1[i][j]-1]=L0R0[L0R0_cnt++];//这里有问题，看看！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！
}
}
//把64位的M转成8个字符，并输出明文
int tmp_last[8][8];
int tmp_last_cnt=0;
//64位拆成8等份
for(int i=0;i<64;i++){
if(i%8==0 && i!=0){
tmp_last_cnt++;
}
tmp_last[tmp_last_cnt][i%8]=M[i];
}
int mark[8]={128,64,32,16,8,4,2,1};
for(int i=0;i<8;i++){
int x=0;
for(int j=0;j<8;j++){
x+=mark[j]*tmp_last[i][j];
}
plaintext[i]=(char)x;
}
}
void go(){
FILE *fp_plaintext;
FILE *fp_ciphertext;
FILE *fp_decode_text;
FILE *fp_key;
fp_plaintext=fopen("plaintext.txt","r");
fp_ciphertext=fopen("ciphertext.txt","w");
fp_decode_text=fopen("decode_text.txt","w");
fp_key=fopen("key.txt","r");
char c;
init();
int key_cnt=0;
while((c=fgetc(fp_key))!=EOF){
key[key_cnt++]=c;
}
make_sub_key();
int cnt=0;
int sum=0;
while((c=fgetc(fp_plaintext))!=EOF){
plaintext[cnt%8]=c;
cnt++;
sum++;
if(cnt%8==0 && cnt!=0 && sum==8){
des();
for(int i=0;i<8;i++){
fputc(ciphertext[i],fp_ciphertext);
}
decode();//解密
for(int i=0;i<8;i++){
fputc(plaintext[i],fp_decode_text);
}
sum=0;
}
}
if(sum!=0){
for(int i=sum;i<8;i++){
plaintext[i]='0';//不够8位填充0
}
des();
for(int i=0;i<8;i++){
fputc(ciphertext[i],fp_ciphertext);
}
decode();//解密
for(int i=0;i<8;i++){
fputc(plaintext[i],fp_decode_text);
}
}
fclose(fp_plaintext);
fclose(fp_ciphertext);
fclose(fp_decode_text);
fclose(fp_key);
}
//4 实验测试
//笔者将使用上述代码进行实验测试。使用文件读写方式，plaintext.txt文件存放待加密的数据，ciphertext.txt文件存放加密好的数据，key.txt文件存放16位16进制数组成的秘钥，decode_text.txt文件存放经加密再解密的数据。由于本算法实现过程中，加密解密用到的参照表及秘钥完全一样，可以通过对比plaintext.txt文件和decode_text.txt文件内容，如果一致，可以在一定程度上说明算法的正确性。
//（1）plaintext.txt文件中的待加密数据如下：
//I am a student from CCNU.
//I love coding!
//Hello, Wolrd!
//!!!!!!!!!
//（2）key.txt文件中的秘钥如下：
//1234569870abcdef
//（3）程序运行之后，ciphertext.txt文件中的数据如下：
//5ff508a138d8a0f826ae29f6c9b80ad4fefdebf88062bd1574f648693a63c2e5
//（4）程序运行之后，decode_text.txt文件内容如下：
//I am a student from CCNU.
//I love coding!
//Hello, Wolrd!
//!!!!!!!!!
//对比plaintext.txt文件和decode_text.txt文件内容，完全一致，这表明原始数据和加密后再解密的数据一致，可以在一定程度上说明算法的正确性。
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