DES加解密算法
DES算法以及其C语言实现
- 算法简介
DES(Data Encrytion Standard)算法，又被称为美国数据加密标准，是1972年美国IBM公司研制的对称密码体制加密算法。
DES算法属于对称加密算法，加密解密公用一套算法。
明文按64位进行分组，密钥长64位但实际上只有56位参与DES运算（第8、16、24、32、40、48、56、64位是奇偶校验位）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的加密方法。
首先要生成一套加密密钥，从用户处取得一个64位长的密码口令，然后通过等分、移位、选取和迭代形成一套16个加密密钥，分别供每一轮运算中使用。
- 加密算法框架
DES对64 bit的明文M进行操作，M经过一个初始置换IP，置换成m0。将m0明文分成左半部分和右半部分,各32位长。然后进行16轮完全相同的运算，这些运算被称为函数f，在每一轮运算过程中数据与相应的密钥结合。
在每一轮中，密钥位移位，然后再从密钥的56位中选出48位。通过一个扩展置换将数据的右半部分扩展成48位，并通过一个异或操作替代成新的48位数据，再将其压缩置换成32位。这四步运算构成了函数f。然后，通过另一个异或运算，函数f的输出与左半部分结合，其结果成为新的右半部分，原来的右半部分成为新的左半部分。将该操作重复16次。
经过16轮迭代后，左，右半部分合在一起经过一个末置换（数据整理），这样就完成了加密过程。
- 解密过程
DES加密和解密使用相同的算法，唯一的不同是密钥的次序相反。如果各轮加密密钥分别是K1，K2，K3…K16，那么解密密钥就是K16，K15，K14…K1。
DES代码源文件
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include"tables.h" //数据表
/*
置换函数
In：待置换数据指针
Out：置换输出指针
n:置换表长度
P：置换表指针
功能：将输入数据的指定位置作为输出数据的第i位。指定位置即置换表第i位的十进制数。得到的输出数据的长度即为置换表的长度。
*/
void myPermutation(char* In, char* Out, int n, char* P)
{
int i = 0;
for (i = 0; i < n; i++)
*(Out + i) = *(In + *(P + i) - 1);
*(Out + i) = '\0';
}
/*
按位异或函数
In1：二进制串1
In2：二进制串2
n：二进制串长度
Out:异或结果
功能：循环比较两个二进制串每一位，不同则为'1'，相同则为'0'
*/
void myXOR(char* In1, char* In2, int n, char* Out)
{
int i = 0;
for (i = 0; i < n; i++)
*(In1 + i) != *(In2 + i) ? *(Out + i) = '1' : *(Out + i) = '0';
}
/*
循环左移函数
In:待移位二进制串
Out:移位后二进制串
n:二进制串长度
s:循环位数
功能：将输入二进制串移位后对应位置的值赋给输出串，为保证循环（即原二进制串的第一位变成移位后的最后一位），将位次相加后与串的长度做模运算。
*/
void myShift(char* In, char* Out, int n, int s)
{
int i = 0;
for (i = 0; i < n; i++)
*(Out + i) = *(In + (s + i) % n);
*(Out + i) = '\0';
}
/*
生成子密钥函数
K:64位的密钥
(*SK)[49]:得到的一轮子密钥
功能：输入64位密钥，进行置换选择1，之后进行16轮操作得到16个子密钥，每一轮都将56位分成两部分，进行相应位数的移位操作，再拼接成56位进行置换选择2，得到该轮子密钥
*/
void mySubkey(char* K, char(*SK)[49])
{
char out[57], C[57], D[29], e[29], t[57];
int i = 0, j = 0;
myPermutation(K, out, 56, *PC_1); //置换选择1
strcpy(C, out); //C0
strcpy(D, out + 28); //D0
for (j = 0; j < 16; j++)
{
myShift(C, e, 28, move_time[j]); //循环左移
strcpy(C, e); //Cj
myShift(D, e, 28, move_time[j]);
strcpy(D, e); //Dj
strncpy(t, C, 28);
strncpy(t + 28, D, 28);
myPermutation(t, *(SK + j), 48, *PC_2);//置换选择2，得到Kj
}
}
/*二进制转十六进制
out[65]:待转换的二进制串
h:二进制字符串长度
*/
void change(char out[65],int h)
{
int i = 0, j = 0;
char put[17];
for (i = 0;i < h / 4;i++)
{
if ((((out[i * 4] - '0') * 8 + (out[i * 4 + 1] - '0') * 4 + (out[i * 4 + 2] - '0') * 2 + (out[i * 4 + 3] - '0'))) <= 9) {
put[i] = (out[i * 4] - '0') * 8 + (out[i * 4 + 1] - '0') * 4 + (out[i * 4 + 2] - '0') * 2 + (out[i * 4 + 3] - '0') + '0';
}
else
put[i] = (out[i * 4] - '0') * 8 + (out[i * 4 + 1] - '0') * 4 + (out[i * 4 + 2] - '0') * 2 + (out[i * 4 + 3] - '0') + '7';
}
for (j = 0;j < h/4;j++)
printf("%c", put[j]);
printf("\n");
}
/*
轮函数f
L: 第t轮的32位L
R: 第t轮的32位R
SK: 第t轮的48位子密钥
t: 轮数
功能：共进行16轮操作，每轮的32位R先进行拓展置换E变成48位,再与该轮子密钥异或，然后分成8组进行S盒代换。每组通过第1，6位组成的二进制串确定S盒行号，通过第2，3，4，5位确定列号，找到对应的数并转为4位二进制串。8组代换拼接成32位为S盒代换结果，然后进行置换P。每轮经过S盒代换得到的结果与上一轮的L异或作为本轮的R，上一轮的R作为本轮的L。
*/
void myf(char* L, char* R, char* SK, int t)
{
int i = 0, j = 0;
int row, col;
char out1[49] = { 0 }, out2[49] = { 0 }, out3[33] = { 0 }, out4[33] = { 0 }, temp[33] = { 0 };
printf("K%d=", t + 1);
change(SK,strlen(SK));
myPermutation(R, out1, 48, *E); //扩展置换E
printf("E(R%d)=", t);
change(out1,strlen(out1));
myXOR(out1, SK, 48, out2); //与子密钥异或
printf("E(R%d)^K%d=", t, t + 1);
change(out2,strlen(out2));
for (i = 0; i < 8; i++) //S盒代换
{
row = ((out2[i * 6] - '0') << 1) + (out2[i * 6 + 5] - '0'); //第1，6位组成行号
col = ((out2[i * 6 + 1] - '0') << 3) + ((out2[i * 6 + 2] - '0') << 2) + ((out2[i * 6 + 3] - '0') << 1)
+ (out2[i * 6 + 4] - '0'); //第2，3，4，5位组成列号
for (j = 3; j >= 0; j--)
*(out3 + (i * 4 + 3 - j)) = ((S_Box[i][row * 16 + col] >> j) & 1) + '0'; //将取到的S盒数据填到S盒输出的指定位置，先进行十进制转二进制
}
*(out3 + 32) = '\0';
printf("%d轮S盒输出=", t + 1);
change(out3,strlen(out3));
myPermutation(out3, out4, 32, *P); //置换P
printf("f(R%d,K%d)=", t, t + 1);
change(out4,strlen(out4));
strcpy(temp, R); //保存旧的R
myXOR(L, out4, 32, R); //更新R
printf("R%d=", t + 1);
change(R,strlen(R));
strcpy(L, temp); //更新L
}
/*
主函数
功能：输入64位明文，先进行初始置换IP操作，接下来将置换输出的 64 位数据分成左右两半，左一半称为 L0 ，右一半称为 R0 ，各 32 位。然后进行16轮迭代，迭代完成后再经逆IP置换得到密文。
*/
int main()
{
char* M = "0001001000110100010101101010101111001101000100110010010100110110";
char* K = "1010101010111011000010010001100000100111001101101100110011011101";
char out[65], L[33], R[33], SK[16][49], cipher[65], put[17];
int i = 0, j = 0;
mySubkey(K, SK); //产生16轮子密钥
myPermutation(M, out, 64, *IP); //初始置换IP
printf("明文：");
change(M,strlen(M));
printf("IP置换：");
change(out,strlen(out));
//printf("%d", (out[0] - '0') * 8 + (out[1] - '0') * 4 + (out[2] - '0') * 2 + (out[3] - '0'));
strcpy(L, out); //L0
strcpy(R, out + 32); //R0
for (i = 0; i < 16; i++)
{
printf("\n-------------------------------第%d轮------------------------------------\n"
, i + 1);
myf(L, R, *(SK + i), i);
}
strncpy(out, R, 32); //L16 + R16
strncpy(out + 32, L, 32);
myPermutation(out, cipher, 64, *C_IP); //逆IP置换
printf("\n密文：");
change(cipher,strlen(cipher));
return 0;
}
DES表的头文件
//选择置换PC-1
char PC_1[8][7] =
{
{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}
};
//选择置换PC-2
char PC_2[8][6] =
{
{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}
};
//IP置换
char IP[8][8] =
{
{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}
};
//逆IP置换
char C_IP[8][8] =
{
{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}
};
//扩展置换E
char E[8][6] =
{
{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}
};
//扩展置换P
char P[4][8] =
{
{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}
};
//S盒
char S_Box[8][65] =
{
{
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
},
{
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,
13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,10,5,14,9
},
{
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
},
{
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
},
{
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
},
{
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
},
{
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
},
{
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
}
};
//左移位数
int move_time[16] = { 1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1 };
参考了很多大佬的文章，简单记录下