分组加密算法 DES

分组加密算法在加解密中十分常见，因其安全性高，计算速度快。常用的有DES、AES、IDEA和RC6等 。

由于DES的安全性存在争议，且56位的密钥太短（1997年RSA悬赏破解），现在使用的是3DES和AES（高级加密标准）。

下面说一说DES，数据加密标准（DES）是一个分组加密算法，也是对称加密算法，加解密的密钥一样。

DES采用Feistel结构设计，处理的明文分组为64位，有效密钥为56位，输出密文为64位，是具有16轮迭代的分组对称密码算法。

DES算法

 

/* 
DES算法，明文分组为64位（不足64位时补0），有效密钥56位，输出密文64位，16轮迭代 
由于没有保存长度信息，对于可能有填充部分，最后解密的明文最后一块可能会出现多余字符 
本程序的位从右往左为0~63（） 
*/ 
 
#include<stdio.h> 
#include<stdlib.h> 
#include<string.h> 
 
unsigned char IP[64+1] = { 
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, 
63,55,47,39,31,23,15,7,0}; 
 
unsigned char IPRev[64+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, 
33,1,41,9,49,17,57,25,0}; 
 
unsigned char EExt[48+1] = { 
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, 
28,29,30,31,32,1,0}; 
 
unsigned char S[8][64] ={ 
{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, 
13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9},{ 
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}}; 
 
unsigned char P[56+1] = { 
16,7,20,21,29,12,28,17, 
1,15,23,26,5,18,31,10, 
2,8,24,14,32,27,3,9, 
19,13,30,6,22,11,4,25,0}; 
 
unsigned char PC1[56+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, 
21,13,5,28,20,12,4,0}; 
 
unsigned char PC2[48+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, 
30,22,14,6,61,53,45,37,0}; 
 
unsigned char LS[16] = { 
1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1}; 
 
FILE *fp; 
 
unsigned long long Message; 
int flag; 
unsigned long long keys[16]; 
 
void getMessage(char mode); 
unsigned long long Rep(unsigned char rp[],unsigned long long s);//置换 
unsigned int SBoxC(unsigned long long x); 
void GenKeys(char mode); 
 
unsigned int L,R; 
unsigned long long K; 
 
int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
    char mode; 
    char filename[256]; 
    unsigned char key[10]; 
    mode = *argv[1]; 
    strcpy(filename,argv[2]); 
     
    if(argc != 4) 
    { 
        printf("参数有错误！\n"); 
        exit(0); 
    }  
    if(strlen(argv[3])!=8) 
    { 
        printf("密钥长度不正确!"); 
        exit(0); 
    } 
    strcpy(key,argv[3]); 
/*  printf("请选择操作方式：加密 e ,解密 d :  "); 
    scanf("%c",&mode); 
    printf("请输入文件名："); 
    scanf("%s",filename); 
    printf("请输入密钥(64bit)："); 
    scanf("%s",key); */ 
     
//  printf("%s",filename); 
//  system("pause"); 
    if((fp=fopen(filename,"rb")) == NULL) 
    { 
        printf("文件无法打开"); 
        exit(0); 
    } 
 
    int inc = 0; 
    K = 0; 
    for(inc = 0 ;inc < 8; inc++) 
        K |= (((unsigned long long)key[inc])<<((7-inc)<<3)); 
#ifdef DEBUG 
    printf(" K %016llx ",K); 
#endif 
    FILE *fpOut; 
    char fileOut[200]; 
    if(mode == 'e') 
        strcat(strcpy(fileOut,"ED\0"),filename); 
    else 
        strcat(strcpy(fileOut,"DD\0"),filename+2); 
    fpOut= fopen(fileOut,"wb"); 
//  fseek(fp, 0, SEEK_END); 
//  fgetpos(fp, &pos); 
    flag = 1;//判断是否结束 
    int T; 
     
    GenKeys(mode); 
     
    getMessage(mode); 
    while(flag) 
    { 
        Message = Rep(IP,Message); 
        L = Message>>32; 
        R = Message; 
 
        int i =0; 
        for(i =0 ; i < 16; i++) 
        { 
            T = R;       
            R = Rep(P,SBoxC(Rep(EExt,(unsigned long long)R)^keys[i]))^L; 
            L = T; 
        } 
        Message = (((unsigned long long)R)<<32)|L; 
        Message = Rep(IPRev,Message); 
        if(mode == 'e') 
            fwrite(&Message,1,8,fpOut); 
        else 
        { 
        Message = (Message>>56)|((Message&0x00ff000000000000)>>40)|((Message&0x0000ff0000000000)>>24)|((Message&0x000000ff00000000)>>8)| 
                (Message<<56)|((Message&0x000000000000ff00)<<40)|((Message&0x0000000000ff0000)<<24)|((Message&0x00000000ff000000)<<8); 
            fwrite(&Message,1,8,fpOut); 
        } 
   
/*      for(i = 0 ; i < 8 ; i++) 
        { 
            int out =(Message&(0x00000000000000ff<<(i*8))>>(i*8)); 
            fwrite(&out,1,1,fpOut); 
        }  */ 
        getMessage(mode); 
    } 
     
    fclose(fp); 
    fclose(fpOut); 
    return 0; 
} 
 
void getMessage(char mode) 
{ 
    Message = 0; 
    flag = fread((void *)&Message,1,8,fp); 
//  printf(" flag = %d %d %d ",flag,feof(fp),ferror(fp)); 
    if(flag == 0) 
    { 
        return; 
    } 
#ifdef DEBUG 
    printf("Mm %016llx ",Message); 
#endif 
    if(mode == 'e') 
    Message = (Message>>56)|((Message&0x00ff000000000000)>>40)|((Message&0x0000ff0000000000)>>24)|((Message&0x000000ff00000000)>>8)| 
                (Message<<56)|((Message&0x000000000000ff00)<<40)|((Message&0x0000000000ff0000)<<24)|((Message&0x00000000ff000000)<<8); 
#ifdef DEBUG 
    printf("Mess %016llx ",Message); 
//  system("pause"); 
#endif 
} 
 
unsigned long long Rep(unsigned char rp[],unsigned long long s)//置换 
{ 
#ifdef DEBUG 
printf("in Rep  "); 
#endif 
    int i = 0; 
    unsigned long long ans=0; 
    unsigned long long con = 1; 
    for(i = 0 ; i < strlen(rp); i++) 
    { 
        ans |= ((s&(con << (rp[i]-1)))>> (rp[i]-1))<<i; 
        #ifdef DEBUG 
        printf("time= %d ans %016llx ",i,ans); 
        #endif 
//      system("pause"); 
    } 
#ifdef DEBUG 
printf(" Rep end "); 
#endif 
    return ans; 
} 
 
unsigned int SBoxC(unsigned long long x) 
{ 
#ifdef DEBUG 
printf("in Sbox  "); 
#endif 
    int i = 0 , ans = 0; 
    unsigned long long con = 0x3f; 
    int t1_6 = 0,tr=0,tc=0; 
    for(i = 0; i < 8; i++ ) 
    { 
#ifdef DEBUG 
printf(" Sbox For Begin  "); 
#endif 
        t1_6 = (x & (con <<(i*6)))>>(i*6); 
        tr = ((t1_6&(1<<5))>>4)|(t1_6&1); 
        tc = (t1_6&0x1f)>>1; 
        ans|=(S[7-i][(tr<<4)+tc])<<(i*4); 
 
#ifdef DEBUG 
        printf(" ii = %d %x ",i,ans); 
        system("pause"); 
        printf(" Sbox For end  "); 
#endif 
    } 
#ifdef DEBUG 
printf(" Sbox end  "); 
#endif 
    return ans; 
} 
 
unsigned int C,D; 
void GenKeys(char mode) 
{ 
    unsigned long long con = 0x0fffffff; 
    K = Rep(PC1,K); 
    C = (K&(con<<28))>>28; 
    D = K&con; 
    int i; 
    if(mode == 'e') 
    { 
        for(i = 0; i < 16; i++) 
        { 
            C = (C<<LS[i])|(C>>(32-LS[i])); 
            D = (D<<LS[i])|(D>>(32-LS[i])); 
            K = (C<<28)|D; 
            keys[i] = Rep(PC2,K); 
        } 
    } 
    else 
    { 
        for(i = 0; i < 16; i++) 
        { 
            C = (C<<LS[i])|(C>>(32-LS[i])); 
            D = (D<<LS[i])|(D>>(32-LS[i])); 
            K = (C<<28)|D; 
            keys[15 - i] = Rep(PC2,K); 
        } 
    } 
} 

编译器使用的是MingwGcc编译器。