概述

DES（Data Encryption Standard，数据加密标准）是一种历史悠久的对称密钥加密算法，由IBM公司在1970年代设计，并于1977年被美国国家标准局选作联邦资料处理标准。DES使用56位密钥对64位的数据块进行操作，经过16轮迭代的替换、置换和异或运算后，将明文转换成长度相同的密文。

DES加解密过程主要包括以下几个步骤。

1、密钥预处理：原始的56位密钥首先通过PC-1置换进行初步变换，然后分为左右两部分（各28位），并分别循环左移不同数量的位数，最终组合生成16个子密钥。

2、加密过程。

（1）初始置换（IP）：对输入的64位明文块执行初始置换。

（2）16轮迭代：每一轮迭代包含以下四个步骤：

  a、子密钥选择：根据当前轮数从16个子密钥中选取一个。

  b、扩展置换（E盒）：对上一轮的结果进行扩展置换，将其扩展至48位。

  c、异或操作：将扩展后的结果与当前子密钥进行异或运算。

  d、S盒代替与P盒置换：将异或后的结果送入S盒进行非线性替换运算，然后再通过P盒进行线性置换。

（3）最终置换（FP）：完成16轮迭代后，对结果执行最终置换得到64位密文。

3、解密过程：解密实际上是对加密过程的逆向操作。同样经历初始置换、16轮迭代（但子密钥的使用顺序是反向的），最后通过最终置换得到明文。

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CHP_Des类

为了方便使用des加解密算法，我们封装了CHP_Des类。CHP_Des类提供了初始化、设置Key、加密、解密等四个接口。CHP_Des类的头文件，可参考下面的示例代码。

#pragma once

class CHP_Des
{
public:
    CHP_Des();
    ~CHP_Des();

    enum IDesCodecMode
    {
        DesCodecMode_Standard,                                
        DesCodecMode_Speed,
        DesCodecMode_IndependentSubKey
    };

    void Init(IDesCodecMode mode = DesCodecMode_Standard);
    
    int SetKey(char *pKey);
    
    int Encrypt(char *pData, int nDataLen);
    
    int Decrypt(char *pData, int nDataLen);

private:
    typedef struct _TDesCodecInfo
    {
        int puiSP[8][64];
        char pInitialPerm[16][16][8];
        char pFinalPerm[16][16][8];
        unsigned char pSubKeys[16][8];
        IDesCodecMode mode;
    }TDesCodecInfo;

    void EncryptOneRound(char *pBlock);
    void DecryptOneRound(char *pBlock);

    static unsigned int ByteSwap(unsigned int uiData);
    static void PermInit(char pPerm[16][16][8], char pIP[64]);
    static void SpInit(TDesCodecInfo &dci);
    static void Permute(char* pInBlock, char pPerm[16][16][8], char* pOutBlock);
    static int Feeding(TDesCodecInfo& dci, unsigned int uiData, unsigned char pSubKey[8]);
    static void Round(TDesCodecInfo& dci, int nNum, unsigned int* pBlock);

private:
    TDesCodecInfo m_dci;
};

在上面的示例代码中，我们声明了一个枚举类型IDesCodecMode，用于表示Des算法的加解密模式。

DesCodecMode_Standard：标准模式。

DesCodecMode_Speed：速度模式，没有初始置换（IP）和最终置换（FP）。

DesCodecMode_IndependentSubKey：独立模式，没有置换，密钥长度为128字节。

下面，我们逐个介绍CHP_Des类导出的公共接口。

Init：初始化函数。参数mode为加解密模式，一般默认为标准模式即可。

SetKey：设置加解密的密钥。参数pKey为密钥，标准模式和速度模式时，密钥长度为8个字节；独立模式时，密钥长度为128个字节。返回值为0表示成功，其他为错误码。

Encrypt：加密数据，函数返回后，pData为加密过的数据。参数pData为要加密的数据，参数nDataLen为要加密的数据的长度。返回值为0表示成功，其他为错误码。

Decrypt：解密数据，函数返回后，pData为解密过的数据。参数pData为要解密的数据，参数nDataLen为要解密的数据的长度。返回值为0表示成功，其他为错误码。


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总结

由于DES密钥长度较短，在当今计算能力下已经容易受到暴力拆解，因此在实际应用中已被更安全的AES（Advanced Encryption Standard）算法取代。不过，DES的结构和设计理念对于后续密码学的发展产生了深远的影响。