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DES算法以及其C语言实现
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。
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。
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
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