DES算法加密C语言实现

叁歲伎倆 2022-04-14 04:53 290阅读 0赞

这几天把老师布置作业写了写，主要是DES算法加密，随便写了写，这里是实现对明文为8字节的加密以及对加密产生的密文进行解密，而不能直接输入密文。。。

什么是DES算法，请自行百度学习这里只给出实现代码。

代码每一步都有解释，可能实现的有些麻烦，但是易懂，代码如下：

///DES算法加密
    #include<cstdio>
    #include<cstring>
    const int maxn=2e4;
    char mingwen[maxn],miwen[maxn],miyao[maxn];///输入的明文密文密钥
    int smbit[maxn],miyaobit[maxn],mibit[maxn],zhongbit[maxn];///明文，密文，密钥的二进制，与转换中需要作为媒介的
    int mip[maxn],rr[maxn],SYa[maxn],er[10];///mip经过ip初始置换得到rrE盒扩展后得到,SYas盒压缩得到,er在s盒的转换过程中使用
    int Left[maxn],Right[maxn];///左右两部分
    int miyaopc1[maxn],miyaopc2[maxn],c[maxn],d[maxn];///c,d密钥置换得到
    int zimi[16][maxn];///产生的子密钥
    int LL[17][64],RR[17][64],cnt;///用来记录每一次的左右部分
    int times,xz[]= {1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1}; ///循环左移位,times用来计算是第几次移位
    void init()///初始化
    {
        times=cnt=0;
        memset(c,0,sizeof(c));
        memset(d,0,sizeof(d));
        memset(LL,0,sizeof(LL));
        memset(RR,0,sizeof(RR));
        memset(mip,0,sizeof(mip));
        memset(SYa,0,sizeof(SYa));
        memset(zimi,0,sizeof(zimi));
        memset(Left,0,sizeof(Left));
        memset(Right,0,sizeof(Right));
        memset(miyao,0,sizeof(miyao));
        memset(mingwen,0,sizeof(mingwen));
        memset(miyaopc1,0,sizeof(miyaopc1));
        memset(miyaopc2,0,sizeof(miyaopc2));
        memset(miyaobit,0,sizeof(miyaobit));
    }
    const int IP[]=///ip置换表,用1维存的原因是方便置换。下面的都一样
    {
        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,
    };
    const int E[]=///扩展E盒
    {
        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,
    };
    const int P[]=///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,
    };
    const int PC_1[]=///密钥置换选择PC_1盒
    {
        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,
    };
    const int PC_2[]=///密钥置换选择PC_2盒
    {
        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
    };
    const int S[8][4][16]=///8个s盒
    {
        ///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,
    };
    const int IP_1[]=///逆初始置换表
    {
        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,
    };
    //int smbit[]={0,0,0,1,0,1,0,0, 0,1,0,0,1,1,1,0, 1,1,0,1,0,1,0,0, 1,1,1,0,1,1,1,1,0,0,0,1,0,0,0,1, 0,0,1,0,1,1,0,0, 1,1,1,0,0,1,1,0, 0,0,0,0,1,1,1,0};
    void change(char s[],int flag)///转换为二进制,（验证正确）
    {
        int l=0;
        for(int i=0; i<8; i++)
        {
            int n=s[i],time=0;
            memset(zhongbit,0,sizeof(zhongbit));
            while(n!=0)
            {
                zhongbit[time++]=n%2;
                n/=2;
            }
            if(flag==1)
            {
                for(int j=7; j>=0; j--)
                    smbit[l++]=zhongbit[j];
            }
            else if(flag==2)
            {
                for(int j=7; j>=0; j--)
                    miyaobit[l++]=zhongbit[j];
            }
        }
    }
    void fen()///将64bit的minip分为左右两部分(验证正确）
    {
        for(int i=0; i<32; i++)
        {
            Left[i]=mip[i];
            Right[i]=mip[32+i];
        }
        for(int i=0; i<32; i++)
        {
            LL[cnt][i]=Left[i];
            RR[cnt][i]=Right[i];
        }
        cnt++;
    }
    void ipzhihuan()///第一次循环使用的ip置换，ip置换(验证正确）
    {
        for(int i=0; i<64; i++)
            mip[i]=smbit[IP[i]-1];///下标从0开始
        fen();
        memset(smbit,0,sizeof(smbit));
    }
    void EK()///E盒扩展（验证正确）
    {
        memset(rr,0,sizeof(rr));
        for(int i=0; i<48; i++)
            rr[i]=Right[E[i]-1];///下标从0开始
    }
    void SY(int k)///异或及S盒压缩(验证正确）
    {
        for(int i=0; i<48; i++)
            rr[i]^=zimi[k][i];
        int c=0;
        for(int i=0; i<48; i++)
        {
            if((i+1)%6==0)///进入下个s盒
            {
                int w=(i+1)/6,h,l;///哪个盒,哪一行那一列
                h=rr[i-5]*2+rr[i]*1;
                l=rr[i-4]*8+rr[i-3]*4+rr[i-2]*2+rr[i-1]*1;
                int ans=S[w-1][h][l];
                int tt=0;
                memset(er,0,sizeof(er));
                while(ans)
                {
                    er[tt++]=ans%2;
                    ans/=2;
                }
                for(int j=3; j>=0; j--)
                    SYa[c++]=er[j];
            }
        }
    }
    void PHe()///P盒置换
    {
        for(int i=0; i<32; i++)
            Right[i]=Left[i]^SYa[P[i]-1];
        for(int i=0; i<32; i++)
            Left[i]=mip[32+i];
        for(int i=0; i<32; i++)
        {
            mip[i]=Left[i];
            mip[32+i]=Right[i];
        }
        fen();///分为左右两部分
    }
    void nizhihuan()///逆初始置换表(验证正确）
    {
        for(int i=0; i<64; i++)
            smbit[i]=mip[IP_1[i]-1];
    }
    void PC_1zhi()///置换选择pc1盒及循环移位(验证正确）
    {
        if(times==0)///只有当是第一次的时候才会进行PC置换盒1
        {
            for(int i=0; i<56; i++)
                miyaopc1[i]=miyaobit[PC_1[i]-1];///下标从0开始
        }
        for(int i=0; i<28; i++) ///分为两部分,循环移位
        {
            int ans=i+xz[times];
            if(ans>27)
                ans-=28;
            c[i]=miyaopc1[ans];///得到前半部分
            d[i]=miyaopc1[28+ans];///得到后半部分
        }
        for(int i=0; i<28; i++)
        {
            miyaopc1[i]=c[i];
            miyaopc1[28+i]=d[i];
        }
        times++;
    }
    void PC_2zhi()///16轮置换，pc2盒得到子密钥（验证正确）
    {
        for(int k=0; k<16; k++)
        {
            PC_1zhi();
            for(int i=0; i<48; i++)
                zimi[k][i]=miyaopc1[PC_2[i]-1];///将每一次产生的子密钥存下来
        }
    }
    void zhuan()///将二进制转换成16进制密文
    {
        int ans=0,l=0;
        for(int i=0; i<64; i++)
        {
            if((i+1)%4==0)
            {
                ans=smbit[i-3]*8+smbit[i-2]*4+smbit[i-1]*2+smbit[i];
                if(ans>9)
                    miwen[l++]='A'+ans-10;
                else
                    miwen[l++]=ans+'0';
                ans=0;
            }
        }
    }
    void jiami()///加密算法
    {
        PC_2zhi();///子密钥产生(正确）
        ipzhihuan();///ip置换（正确）
        for(int i=0; i<16; i++)///一样的方式一共循环15次
        {
            EK();///E盒扩展（正确）
            SY(i);///S盒压缩（正确）
            PHe();///p盒置换
        }
        for(int i=0; i<32; i++)
        {
            mip[32+i]=LL[16][i];
            mip[i]=RR[16][i];
        }
        nizhihuan();
        zhuan();
    }
    void jiemi()
    {
        cnt=0;
        memset(LL,0,sizeof(LL));
        memset(RR,0,sizeof(RR));
        ipzhihuan();///ip置换（正确）
        for(int i=0; i<16; i++)///一样的方式一共循环15次
        {
            EK();///E盒扩展（正确）
            SY(15-i);///S盒压缩（正确）
            PHe();///p盒置换
        }
        for(int i=0; i<32; i++)
        {
            mip[32+i]=LL[16][i];
            mip[i]=RR[16][i];
        }
        nizhihuan();
    }
    int main()
    {
        init();
        printf("请输入8位明文:");
        scanf("%s",mingwen);
        change(mingwen,1);
        printf("\n请输入8位密钥:");
        scanf("%s",miyao);
        change(miyao,2);
        jiami();
        printf("加密完成,得到十六进制密文:\n");
        printf("%s\n",miwen);
        jiemi();
        printf("\n解密完成,得到明文:\n\n");
        for(int i=0;i<64;i++)
        {
            if((i+1)%8==0)
            {
                int ans=smbit[i-7]*128+smbit[i-6]*64+smbit[i-5]*32+smbit[i-4]*16+smbit[i-3]*8+smbit[i-2]*4+smbit[i-1]*2+smbit[i];
                printf("%c",ans);
            }
        }
        printf("\n");
        return 0;
    }

运行结果：

![20181124193130310.png][]

某网站在线加密运行结果：![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xlZTM3MTA0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

结果除了大小写以及尾串不一样，其它相同，加密成功

[20181124193130310.png]: /images/20220414/55c3ae8d0e8044eea179eed3e051fb78.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xlZTM3MTA0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220414/9337561262d8403e82a06c1cdfe53dbc.png