DES算法的介绍以及实现

上次发了我的DES加密程序1.0，很多朋友给我留言需要源码，我五一玩去了，一直都没有上网，在这里向大家道歉.由于一直没有做2.0，老让大家等着也不是事，今天先把1.0的源码发出来吧，等什么时候做了2.0 再发新的.呵呵

转载请注明出处。
（点击这里下载上次的DES1.0程序

源代码请翻到文章末尾）

简介：
DES( Data Encryption Standard)算法，于1977年得到美国政府的正式许可，是一种用56位密钥来加密64位数据的方法。虽然56位密钥的DES算法已经风光不在,而且常有用Des加密的明文被破译的报道,但是了解一下昔日美国的标准加密算法总是有益的,而且目前DES算法得到了广泛的应用,在某些场合,她仍然发挥着余热.（如：UNIX的密码算法就是以DES算法为基础的）。将其修改为三重DES也能抵抗破解。下面是关于如何实现DES算法的语言性描述，如果您要其源代码，请翻到文章末尾，有任何问题也可以写信给我（erwin_609#msn.com）。

0.DES加密流程图:

1-1、变换密钥

取得64位的密钥，每个第8位作为奇偶校验位。

1-2、变换密钥。

1-2-1、舍弃64位密钥中的奇偶校验位，根据下表（PC-1）进行密钥变换得到56位的密钥，在变换中，奇偶校验位以被舍弃。

Permuted Choice 1 (PC-1)

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

1-2-2、将变换后的密钥分为两个部分，开始的28位称为C[0]，最后的28位称为D[0]。

1-2-3、生成16个子密钥，初始I=1。

1-2-3-1、同时将C[I]、D[I]左移1位或2位，根据I值决定左移的位数。见下表

I： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

左移位数： 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1

1-2-3-2、将C[I]D[I]作为一个整体按下表（PC-2）变换，得到48位的K[I]

　

Permuted Choice 2 (PC-2)

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

1-2-3-3、从1-2-3-1处循环执行，直到K[16]被计算完成。

　

2、处理64位的数据

2-1、取得64位的数据，如果数据长度不足64位，应该将其扩展为64位（例如补零）

2-2、将64位数据按下表变换（IP）

Initial Permutation (IP)

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

2-3、将变换后的数据分为两部分，开始的32位称为L[0]，最后的32位称为R[0]。

2-4、用16个子密钥加密数据，初始I=1。

2-4-1、将32位的R[I-1]按下表（E）扩展为48位的E[I-1]

Expansion (E)

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

2-4-2、异或E[I-1]和K[I]，即E[I-1] XOR K[I]

2-4-3、将异或后的结果分为8个6位长的部分，第1位到第6位称为B[1]，第7位到第12位称为B[2]，依此类推，第43位到第48位称为B[8]。

2-4-4、按S表变换所有的B[J]，初始J=1。所有在S表的值都被当作4位长度处理。

2-4-4-1、将B[J]的第1位和第6位组合为一个2位长度的变量M，M作为在S[J]中的行号。

2-4-4-2、将B[J]的第2位到第5位组合，作为一个4位长度的变量N，N作为在S[J]中的列号。

2-4-4-3、用S[J][M][N]来取代B[J]。

Substitution Box 1 (S[1])

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

S[2]

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

S[3]

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

S[4]

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

S[5]

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

S[6]

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

S[7]

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

S[8]

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

2-4-4-4、从2-4-4-1处循环执行，直到B[8]被替代完成。

2-4-4-5、将B[1]到B[8]组合，按下表（P）变换，得到P。

Permutation P

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

2-4-6、异或P和L[I-1]结果放在R[I]，即R[I]=P XOR L[I-1]。

2-4-7、L[I]=R[I-1]

2-4-8、从2-4-1处开始循环执行，直到K[16]被变换完成。

2-4-5、组合变换后的R[16]L[16]（注意：R作为开始的32位），按下表（IP-1）变换得到最后的结果。

Final Permutation (IP**-1)

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

以上就是DES算法的描述。

（完）

附：
DES类C++ 源码（VC调试通过）（在这里我要说明一下，由于开发环境不相同，界面程序的源码大家自己写吧，类是各编译器通用的，呵呵，压缩包内容包括DES算法实现类和测试main函数，如果需要C#或者BCB版的源码，请给我发邮件或者等待我下次更新博客咯，呵呵） 
点击这里下载源码

程序注释非常清楚，类的头文件预览：
/*----------------------------------------------------------------
            // Copyright (C) 2007 尹学渊
            // 版权所有。
            //
            // 文件名：yxyDES.cpp
            // 文件功能描述：DES加密类 头文件
            //
            //
            // 创建人：尹学渊
            //
            // 修改人：
            // 修改描述：
            //
            // 修改人：
            // 修改描述：
//----------------------------------------------------------------*/
//---------------------------------------------------------------------------

#ifndef yxyDESH
#define yxyDESH

#include <string>
#include <cmath>
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
using namespace std;
class yxyDES
{
public:
         yxyDES(); //类构造函数
        ~yxyDES(); //类析构函数
        //--------------------------------------------------------------
        void InitializeKey(string);
        //功能:产生16个28位的key
        //参数:源8位的字符串(key)
        //结果:函数将调用private CreateSubKey将结果存于char SubKeys[16][48]
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        void EncryptData(string);
        //功能:加密8位字符串
        //参数:8位字符串
        //结果:函数将加密后结果存放于private szCiphertext[16]
        //      用户通过属性Ciphertext得到
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        void DecryptData(string );
        //功能:解密16位十六进制字符串
        //参数:16位十六进制字符串
        //结果:函数将解密候结果存放于private szPlaintext[8]
        //      用户通过属性Plaintext得到
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        void EncryptAnyLength(string);
        //功能:加密任意长度字符串
        //参数:任意长度字符串
        //结果:函数将加密后结果存放于private szFCiphertextAnyLength[8192]
        //      用户通过属性CiphertextAnyLength得到
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        void DecryptAnyLength(string);
        //功能:解密任意长度十六进制字符串
        //参数:任意长度字符串
        //结果:函数将加密后结果存放于private szFPlaintextAnyLength[4096]
        //      用户通过属性PlaintextAnyLength得到
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        void SetCiphertext(char* value);
        //Ciphertext的set函数
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        char* GetCiphertext();
        //Ciphertext的get函数
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        void SetPlaintext(char* value);
        //Plaintext的set函数
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        char* GetPlaintext();
        //Plaintext的get函数
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        char* GetCiphertextAnyLength();
        //CiphertextAnyLength的get函数
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        char* GetPlaintextAnyLength();
        //PlaintextAnyLength的get函数
        //--------------------------------------------------------------
private:
        //--------------------------------------------------------------
        char SubKeys[16][48];//储存16组48位密钥
        char szCiphertext[16];//储存16位密文(十六进制字符串)
        char szPlaintext[8];//储存8位明文字符串
        char szFCiphertextAnyLength[8192];//任意长度密文(十六进制字符串)
        char szFPlaintextAnyLength[4096];//任意长度明文字符串
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        void CreateSubKey(char*);
        //功能:生成子密钥
        //参数:经过PC1变换的56位二进制字符串
        //结果:将保存于char SubKeys[16][48]
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        void FunctionF(char*,char*,int);
        //功能:DES中的F函数,
        //参数:左32位,右32位,key序号(0-15)
        //结果:均在变换左右32位
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        void InitialPermuteData(string,char*,bool);
        //功能:IP变换
        //参数:待处理字符串,处理后结果存放指针,加密/解密(true加密,false解密)
        //结果:函数改变第二个参数的内容
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        void ExpansionR(char* ,char*);
        //功能:将右32位进行扩展位48位,
        //参数:原32位字符串,扩展后结果存放指针
        //结果:函数改变第二个参数的内容
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        void XOR(char* ,char* ,int ,char*);
        //功能:异或函数,
        //参数:待异或的操作字符串1,字符串2,操作数长度,处理后结果存放指针
        //结果: 函数改变第四个参数的内容
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        string CompressFuncS(char* );
        //功能:S-BOX , 数据压缩,
        //参数:48位二进制字符串,
        //结果:返回结果:32位字符串
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        void PermutationP(string ,char*);
        //功能:IP逆变换,
        //参数:待变换字符串,处理后结果存放指针
        //结果:函数改变第二个参数的内容
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        string FillToEightBits(string);
        //功能:当明文不足8位,使用'$'进行填充,
        //参数:原始字符串,
        //结果:返回8位字符串
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        void CleanPlaintextMark(int);
        //将不足8位而补齐的明文处理还原
        //函数将处理szFPlaintextAnyLength
        //结果: 例如123$$$$$ 处理后将变为 123'/0'
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        string HexCharToBinary(char);
        //功能:16进制字符('0'-'F')到2进制字符串的转换
        //参数:十六进制字符('0'-'F')
        //结果:返回二进制字符串("0000"-"1111")
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        string HexIntToBinary(int );
        //功能:16进制整数(0-15)到2进制字符串的转换
        //参数:十六进制整数(0-15)
        //结果:返回二进制字符串("0000"-"1111")
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        string BinaryToString(char*,int,bool);
        //功能:二进制串到字符串的转换,
        //参数:源二进制字符串,二进制字符串长度,类型(true为二进制到hex,false为二进制到ANSCII char),
        //结果:返回处理后结果
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        int SingleCharToBinary(char);
        //功能:单个char '0'或'1' 到int 0或1的变换
        //参数: '0'或'1'
        //结果:0或1
        //--------------------------------------------------------------

        //--------------------------------------------------------------
        char SingleBinaryToChar(int);
        //功能:将int类型的0或1转换为char类型的0或1
        //参数:0或1
        //返回:'0'或'1'
        //--------------------------------------------------------------
};

//---------------------------------------------------------------------------
#endif