DES加密与解密代码实现（C++版）

DES算法实现

最近做DES算法实验，在网上搜到了一个不错的版本，奈何没有注释，理解起来比较困难。在读懂代码之后，添加上了自己的注释便于理解，并在原文仅供字符串加解密的基础上，新加入对于文件的加解密，供各位取用。
原文链接

https://blog.csdn.net/qq_42487583/article/details/106109942#comments_12244138

程序说明
1、输入的明文长度大于0即可，明文可以带空格与特殊字符；

2、输入的明文支持汉字；

3、输出密文默认为二进制字符串；

4、输入密文要求为二进制字符串且长度为64的倍数，否则解密会出错。

5、支持对文件内容的加解密

程序代码：

#include
#include
#include
#include
#pragma warning(disable:4996)
#define MAX 100
using namespace std;
//程序说明：
//
//1、输入的明文长度大于0即可，明文可以带空格；
//
//2、输入的明文支持汉字；
//
//3、输出密文默认为二进制字符串；
//
//4、输入密文要求为二进制字符串且长度为64的倍数，否则解密会出错。

//5、支持对文件内容的加解密

//模式标记,确定是加密还是解密
int flag;
string k[16];
//PC-1选位表
int pc1Table[56] = {
	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
};
//PC-2选位表
int pc2Table[48] =
{
	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
};
//左移位数表
int loopTable[16] =
{
	1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1
};
//IP表（初始置换表）
int ipTable[64] =
{
	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
};
//逆置换IP^-1表(解密时IP初始置换的逆)
int ipReverseTable[64] = {
	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
};
//扩展置换表(E盒)
int extendTable[48] =
{
	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
};

//八个S盒，三维数组存储
int sBox[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
};

//置换表(P盒)
int pTable[32] =
{
	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
};
//字符转二进制，会有些怪异，但是后面用binaryToInt函数解决
string charToBinary(char c)
{
	int i, b = c, k = 0, flag = 0;
	string result;
	//负数就是中文字符
	if (b < 0)
	{
		b = -b;
		flag = 1;
	}
	//英文字符转换成ASCII的倒序！！！所以最后需要逆序
	while (k < 8)
	{
		if (b)
		{
			//转换成字符型的 ‘1’或‘0’
			result += ((b % 2) + '0');
			b /= 2;
		}
		else result += '0';
		k++;
	}
	//汉字字符处理，汉字用两个char类型处理，用来表示汉字的任何其中一个char都是负数，要从int型数据，将其恢复成原本的存储形式（补码）
	if (flag)
	{
		for (i = 0; i < result.length(); i++)
		{
			//'0'->'1','1'->'0'
			if (result[i] == '0') result[i] = '1';
			else result[i] = '0';
		}
		for (i = 0; result[i] != '0'; i++)
		{
			result[i] = '0';
		}
		result[i] = '1';
	}
	reverse(result.begin(), result.end());   //中文字符最后变成了补码，英文字符正常的ASCII码
	return result;
}
//二进制转整型
int binaryToInt(string s)
{
	int i, result = 0, p = 1;
	for (i = s.length() - 1; i >= 0; i--)
	{
		result += ((s[i] - '0') * p);
		p *= 2;
	}
	return result;
}
//整型转二进制，用来将进入S盒后取出的数据转化为二进制，最多用4bit(while循环中4的出处)
string intToBinary(int i)
{
	int k = 0;
	string result;
	while (k < 4)
	{
		if (i)
		{
			result += ((i % 2) + '0');
			i /= 2;
		}
		else result += '0';
		k++;
	}
	reverse(result.begin(), result.end());
	return result;
}
//异或运算
string xorAB(string a, string b)
{
	int i;
	string result;
	//按位异或运算
	for (i = 0; i < a.length(); i++)
	{
		result += (((a[i] - '0') ^ (b[i] - '0')) + '0');
	}
	return result;
}
//f函数
string f(string right, string k)  //right明文当前加密轮右侧比特流，k当前加密轮密钥
{
	int i, temp;
	string extendBinary, b0;
	string b[8], row, col;
	string b8, pb;
	//extendBinary用来存放右侧32明文经过E盒扩展后的内容
	for (i = 0; i < 48; i++)
	{
		extendBinary += right[extendTable[i] - 1];//E盒从一开始，所以要减一
	}
	//扩展后的内容与此轮密钥异或操作并将结果存入b0中
	b0 = xorAB(extendBinary, k);
	//将b0的内容分成八份，每份六bit，为进入S盒做准备
	for (i = 0; i < 8; i++)
	{
		b[i] = b0.substr(i * 6, 6);
	}

	for (i = 0; i < 8; i++)
	{   //6bit的第一位和第六位作为行坐标
		row = b[i].substr(0, 1) + b[i].substr(5, 1);
		//6bit的第二至五位作为纵坐标
		col = b[i].substr(1, 4);
		//转化为整形坐标后，第几份对应去找第几个S盒替换
		temp = sBox[i][binaryToInt(row)][binaryToInt(col)];
		//转到b8中合并
		b[i] = intToBinary(temp);
		b8 += b[i];
	}
	//进入置换盒(P盒)
	for (i = 0; i < 32; i++)
	{
		pb += b8[pTable[i] - 1];
	}
	//一轮加密结束，返回结果
	return pb;
}
//明文/密文处理,以明文处理过程为例进行解释
string wen(string wenBinary[], int num)
{
	int i, j;
	string ipWenBinary[100];
	string left[17], right[17], temp, result;
	//将明文初始置换，num表示分块数目
	for (i = 0; i < num; i++)
	{
		temp = "";
		for (j = 0; j < 64; j++)
		{
			temp += wenBinary[i][ipTable[j] - 1];
		}
		ipWenBinary[i] = temp;
	}
	for (i = 0; i < num; i++)
	{   //将初始置换后的每块明文拆成左右两部分
		left[0] = ipWenBinary[i].substr(0, 32);
		right[0] = ipWenBinary[i].substr(32, 32);

		//十六轮加密
		for (j = 0; j < 16; j++)
		{
			//左侧下一个等于当前右侧
			left[j + 1] = right[j];
			//加密和解密的区别，flag是那个全局变量

			//右侧下一个为:当前左侧与当前右侧走完一轮加密后的结果进行异或的结果
			if (flag == 1 || flag == 3) right[j + 1] = xorAB(left[j], f(right[j], k[j]));

			//倒着解密
			else right[j + 1] = xorAB(left[j], f(right[j], k[15 - j]));
		}
		//加密后的左右和在一起
		temp = right[j] + left[j];
		//将加密后的密文进行最后的置换，实际上和初始置换是对称的~！
		//每块的加密结果都和在result中,加密可以直接输出比特流
		for (j = 0; j < 64; j++)
		{
			result += temp[ipReverseTable[j] - 1];
		}
	}
	//解密结果输出的是字符
	if (flag == 2 || flag == 4)
	{
		string ch;
		for (i = 0; i < num * 8; i++)
		{
			//超过char类型的表示范围就是中文字符的一部分，强转为char类型
			ch += binaryToInt(result.substr(8 * i, 8));
		}
		result = ch;
	}
	return result;
}
//密钥处理
void miyao()
{
	int i, j;
	string miyao, miyaoBinary, pc1MiyaoBinary;
	string c[17], d[17], temp, pc2Temp;
	cout << "请输入密钥：";
	while (cin >> miyao)
	{
		if (miyao.length() < 9) break;
		else cout << "密钥不能超过8位，请重新输入：";
	}
	for (i = 0; i < miyao.length(); i++)
	{
		miyaoBinary += charToBinary(miyao[i]);
	}
	//密钥长度不足64bit，补‘0’
	while (miyaoBinary.length() % 64 != 0)
	{
		miyaoBinary += '0';
	}
	//从64bit密钥中依据PC-1盒子取出56bit
	for (i = 0; i < 56; i++)
	{
		pc1MiyaoBinary += miyaoBinary[pc1Table[i] - 1];
	}
	//56bit分成左右两部分
	c[0] = pc1MiyaoBinary.substr(0, 28);
	d[0] = pc1MiyaoBinary.substr(28, 28);
	//产生16轮加密需要的密钥，存入全局变量k[]中
	for (i = 1; i <= 16; i++)

	{   //根据循环移位表，确定生成该轮密钥移位数目       
		c[i] = c[i - 1].substr(loopTable[i - 1], 28 - loopTable[i - 1]) + c[i - 1].substr(0, loopTable[i - 1]);
		d[i] = d[i - 1].substr(loopTable[i - 1], 28 - loopTable[i - 1]) + d[i - 1].substr(0, loopTable[i - 1]);

		temp = c[i] + d[i];
		pc2Temp = "";
		//依据PC-2盒子进行操作
		for (j = 0; j < 48; j++)
		{
			pc2Temp += temp[pc2Table[j] - 1];
		}
		//生成该轮密钥
		k[i - 1] = pc2Temp;
	}
}


int main() {
	int i, num;
	string wenString, wenBinary[100], temp;
	while (1)
	{
		cout << "请选择模式：\n1、加密明文\n2、解密密文\n3、加密文件\n4、解密文件\n0、退出程序\n填写数字序号：";
		cin >> flag;
		if (!flag) break;
		else if ((flag != 1) && (flag != 2) && (flag != 3) && (flag != 4))
		{
			cout << "输入不合法，请重新输入！" << endl << endl;
			continue;
		}
		num = 0;
		miyao();
		getchar();//cin和getline的相爱相杀，详情请见文章末尾链接
		switch (flag)
		{
		case 1:
			cout << "请输入明文：";
			//读取一行数据
			getline(cin, wenString);
			for (i = 0; i < wenString.length(); i++)
			{
				temp += charToBinary(wenString[i]);
				//字符每满8bit为一组，最后一组可以不满8bit，后面会补0
				if (((i + 1) % 8 == 0) || (((i + 1) % 8 != 0) && (i == wenString.length() - 1)))
				{
					wenBinary[num++] = temp;
					temp = "";
				}
			}
			//最后一组不满64位就补零，补的零，一定是八的整数倍，二进制00000000为null空字符，不输出
			while (wenBinary[num - 1].length() % 64 != 0)
			{
				wenBinary[num - 1] += '0';
			}
			cout << "加密结果为（二进制）：" << wen(wenBinary, num) << endl << endl;
			break;
		case 2:
			cout << "请输入密文（二进制）：";
			cin >> wenString;
			for (i = 0; i * 64 < wenString.length(); i++)
			{
				wenBinary[num++] = wenString.substr(i * 64, 64);
			}
			cout << "解密结果为（字符）：" << wen(wenBinary, num) << endl << endl;
			break;
		case 3:
			wenString = "";
			char fname_P[MAX]; //存储需要加密文件的名字
			char fname_E[MAX];  //存储加密后文件的名字
			char cipher[100][65];   //存储加密后的密文
			FILE* fp_p;     //指向存储需要加密文件
			FILE* fp_e;     //指向加密后文件
			int ch;
			cout << "请输入要加密文件的名字(用绝对路径且路径名不包含空格):" << endl;
			cin >> fname_P;
			cout << "请输入加密后文件的名字(用绝对路径且路径名不包含空格):" << endl;
			cin >> fname_E;
			//打开需要加密的文件
			if ((fp_p = fopen(fname_P, "r")) == NULL) {
				printf("打开文件失败!\n");
			}
			//打开加密后文件内容被存储的位置
			if ((fp_e = fopen(fname_E, "w")) == NULL) {
				printf("打开文件失败!\n");
			}
			while ((ch = fgetc(fp_p)) != EOF) {
				wenString += ch;
			}
			for (i = 0; i < wenString.length(); i++)
			{
				temp += charToBinary(wenString[i]);
				//字符每满8bit为一组，最后一组可以不满8bit，后面会补0
				if (((i + 1) % 8 == 0) || (((i + 1) % 8 != 0) && (i == wenString.length() - 1)))
				{
					wenBinary[num++] = temp;
					temp = "";
				}
			}
			//最后一组不满64位就补零，补的零，一定是八的整数倍，二进制00000000为null空字符，不输出
			while (wenBinary[num - 1].length() % 64 != 0)
			{
				wenBinary[num - 1] += '0';
			}
			temp = wen(wenBinary, num);
			for (i = 0; i < num; i++) {
				//每64个字符放到一个数组中
				temp.copy(cipher[i], 64, 64 * i);
				//每个数组最后补全最后一位的'\0'，以便写入文件
				cipher[i][64] = '\0';
				//写入文件
				fputs(cipher[i], fp_e);
			}
			//关闭文件
			fclose(fp_e);
			fclose(fp_p);
			break;
		case 4:
			wenString = "";
			char fname_Cipher[MAX];  //存储需要解密文件的名字
			char fname_P1[MAX];       //存储解密后文件的名字
			char plaintext[1024];
			cout << "请输入要解密文件的名字(用绝对路径且路径名不包含空格)" << endl;;
			cin >> fname_Cipher;
			cout << "请输入解密后文件的名字(用绝对路径且路径名不包含空格)" << endl;;
			cin >> fname_P1;
			FILE* fp_cipher;    //指向需要解密的文件
			FILE* fp_p1;         //指向解密后的文件
			//打开需要解密的文件
			if ((fp_cipher = fopen(fname_Cipher, "r")) == NULL) {
				printf("打开文件失败!\n");
			}
			//打开解密后文件内容被存储的位置
			if ((fp_p1 = fopen(fname_P1, "w")) == NULL) {
				printf("打开文件失败!\n");
			}
			while ((ch = fgetc(fp_cipher)) != EOF) {
				wenString+= ch;
			}
			for (i = 0; i * 64 < wenString.length(); i++)
			{
				wenBinary[num++] = wenString.substr(i * 64, 64);
			}
			//将文件内容解密
			temp = wen(wenBinary, num);
			int n = temp.length();
			//将解密后字符放在一个数组中
			temp.copy(plaintext,n, 0);
			//补全最后一位的'\0'，以便写入文件
			plaintext[n] = '\0';
			fputs(plaintext, fp_p1);
			//关闭文件
			fclose(fp_cipher);
			fclose(fp_p1);
		}

	}
	return 0;
}

程序运行样例：

最后附上文中注释的链接（cin与getline的相爱相杀）：

https://blog.csdn.net/qq_38665104/article/details/82179096

关于char类型对于汉字字符处理的内容链接

https://www.cnblogs.com/noonjuan/p/12319727.html