[C/C++ 演算法]-純C++的DES加解密
[C/C++ 演算法]-純C++的DES加解密
資料來源: http://blog.csdn.net/lisonglisonglisong/article/details/41777413
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/************************************************************************* > File Name: Des.cpp > Author: SongLee > E-mail: lisong.shine@qq.com > Created Time: 2014年06月01日 ��期日 19時46分32秒 > Personal Blog: http://songlee24.github.com ************************************************************************/ #include <iostream> #include <fstream> #include <bitset> #include <string> usingnamespacestd;
bitset<64> key; // 64位金鑰 bitset<48> subKey[16]; // ��放16輪子金鑰
// 初始置換表 int 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};
// 結尾置換表 int 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};
/*——————下麵��生成金鑰所用表—————–*/
// 金鑰置換表，將64位金鑰��成56位 int 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};
// 壓縮置換，將56位金鑰壓縮成48位子金鑰 int 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};
// 每輪左移的位數 int shiftBits[]={1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};
/*——————下面��密碼函數 f 所用表—————–*/
// 擴展置換表，將 32位 擴展至 48位 int 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};
// S盒，每個S盒��4×16的置換表，6位 -> 4位 int S_BOX[8][4][16]={ { {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} } };
// P置換，32位 -> 32位 int 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};
/**********************************************************************/ /* */ /* 下麵��DES演算法實現 */ /* */ /**********************************************************************/
/** * 密碼函數f，接收32位元資料和48位子金鑰，產生一個32位的輸出 */ bitset<32> f(bitset<32> R, bitset<48> k) { bitset<48> expandR; // 第一步：擴展置換，32 -> 48 for(int i=0; i<48;++i) expandR[47–i]= R[32–E[i]]; // 第二步：異或 expandR = expandR ^ k; // 第三步：查找S_BOX置換表 bitset<32> output; int x =0; for(int i=0; i<48; i=i+6) { int row = expandR[47–i]*2+ expandR[47–i–5]; int col = expandR[47–i–1]*8+ expandR[47–i–2]*4+ expandR[47–i–3]*2+ expandR[47–i–4]; int num = S_BOX[i/6][row][col]; bitset<4> binary(num); output[31–x]= binary[3]; output[31–x–1]= binary[2]; output[31–x–2]= binary[1]; output[31–x–3]= binary[0]; x +=4; } // 第四步：P-置換，32 -> 32 bitset<32> tmp = output; for(int i=0; i<32;++i) output[31–i]= tmp[32–P[i]]; return output; }
/** * 對56位元金鑰的前後部分進行左移 */ bitset<28> leftShift(bitset<28> k,int shift) { bitset<28> tmp = k; for(int i=27; i>=0;—i) { if(i–shift<0) k[i]= tmp[i–shift+28]; else k[i]= tmp[i–shift]; } return k; }
/** * 生成16個48位的子金鑰 */ void generateKeys() { bitset<56> realKey; bitset<28> left; bitset<28> right; bitset<48> compressKey; // 去掉奇偶標記位元，將64位元金鑰��成56位 for(int i=0; i<56;++i) realKey[55–i]= key[64– PC_1[i]]; // 生成子金鑰，保��在 subKeys[16] 中 for(int round=0; round<16;++round) { // 前28位與後28位 for(int i=28; i<56;++i) left[i–28]= realKey[i]; for(int i=0; i<28;++i) right[i]= realKey[i]; // 左移 left = leftShift(left, shiftBits[round]); right = leftShift(right, shiftBits[round]); // 壓縮置換，由56位得到48位子金鑰 for(int i=28; i<56;++i) realKey[i]= left[i–28]; for(int i=0; i<28;++i) realKey[i]= right[i]; for(int i=0; i<48;++i) compressKey[47–i]= realKey[56– PC_2[i]]; subKey[round]= compressKey; } }
/** * 工具函數：將char字元陣列轉為二進位 */ bitset<64> charToBitset(constchar s[8]) { bitset<64> bits; for(int i=0; i<8;++i) for(int j=0; j<8;++j) bits[i*8+j]=((s[i]>>j)&1); return bits; }
/** * DES加密 */ bitset<64> encrypt(bitset<64>& plain) { bitset<64> cipher; bitset<64> currentBits; bitset<32> left; bitset<32> right; bitset<32> newLeft; // 第一步：初始置換IP for(int i=0; i<64;++i) currentBits[63–i]= plain[64–IP[i]]; // 第二步：獲取 Li 和 Ri for(int i=32; i<64;++i) left[i–32]= currentBits[i]; for(int i=0; i<32;++i) right[i]= currentBits[i]; // 第三步：共16輪反覆運算 for(int round=0; round<16;++round) { newLeft = right; right = left ^ f(right,subKey[round]); left = newLeft; } // 第四步：合併L16和R16，注意合併為 R16L16 for(int i=0; i<32;++i) cipher[i]= left[i]; for(int i=32; i<64;++i) cipher[i]= right[i–32]; // 第五步：結尾置換IP-1 currentBits = cipher; for(int i=0; i<64;++i) cipher[63–i]= currentBits[64–IP_1[i]]; // 返回密文 return cipher; }
/** * DES解密 */ bitset<64> decrypt(bitset<64>& cipher) { bitset<64> plain; bitset<64> currentBits; bitset<32> left; bitset<32> right; bitset<32> newLeft; // 第一步：初始置換IP for(int i=0; i<64;++i) currentBits[63–i]= cipher[64–IP[i]]; // 第二步：獲取 Li 和 Ri for(int i=32; i<64;++i) left[i–32]= currentBits[i]; for(int i=0; i<32;++i) right[i]= currentBits[i]; // 第三步：共16輪反覆運算（子金鑰逆序應用） for(int round=0; round<16;++round) { newLeft = right; right = left ^ f(right,subKey[15–round]); left = newLeft; } // 第四步：合併L16和R16，注意合併為 R16L16 for(int i=0; i<32;++i) plain[i]= left[i]; for(int i=32; i<64;++i) plain[i]= right[i–32]; // 第五步：結尾置換IP-1 currentBits = plain; for(int i=0; i<64;++i) plain[63–i]= currentBits[64–IP_1[i]]; // 返回��文 return plain; }
/**********************************************************************/ /* 測試： */ /* 1.將一個 64 位元的字串加密， 把密文寫入檔 a.txt */ /* 2.讀取文件 a.txt 獲得 64 位密文，解密之後再寫入 b.txt */ /**********************************************************************/
intmain(){ string s =“romantic“; string k =“12345678“; bitset<64> plain = charToBitset(s.c_str()); key = charToBitset(k.c_str()); // 生成16個子金鑰 generateKeys(); // 密文寫入 a.txt bitset<64> cipher = encrypt(plain); fstream file1; file1.open(“D://a.txt“,ios::binary |ios::out); file1.write((char*)&cipher,sizeof(cipher)); file1.close();
// 讀文件 a.txt bitset<64> temp; file1.open(“D://a.txt“,ios::binary |ios::in); file1.read((char*)&temp,sizeof(temp)); file1.close();
// 解密，並寫入文件 b.txt bitset<64> temp_plain = decrypt(temp); file1.open(“D://b.txt“,ios::binary |ios::out); file1.write((char*)&temp_plain,sizeof(temp_plain)); file1.close();
return0; }
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