DES算法解析

DES算法 
美国国家标准局1973年开始研究除国防部外的其它部门的计算机系统的数据加密标准，于1973年5月15日和1974年8月27日先后两次向公众发出了征求加密算法的公告。 1977年1月，美国政府颁布：采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准（DES，Data Encryption Standard）。

一、DES算法 

美国国家标准局1973年开始研究除国防部外的其它部门的计算机系统的数据加密标准，于1973年5月15日和1974年8月27日先后两次向公众发出了征求加密算法的公告。加密算法要达到的目的（通常称为DES 密码算法要求）主要为以下四点： 提供高质量的数据保护，防止数据未经授权的泄露和未被察觉的修改； 

具有相当高的复杂性，使得破译的开销超过可能获得的利益，同时又要便于理解和掌握； 

DES密码体制的安全性应该不依赖于算法的保密，其安全性仅以加密密钥的保密为基础； 

实现经济，运行有效，并且适用于多种完全不同的应用。 

1977年1月，美国政府颁布：采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准（DES,Data Encryption Standard）。 

目前在国内，随着三金工程尤其是金卡工程的启动，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，以此来实现关键数据的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密传输，IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等，均用到DES算法。 
DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。 
DES算法是这样工作的：如Mode为加密，则用Key 去把数据Data进行加密， 生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式（64位）作为DES的输出结果。在通信网络的两端，双方约定一致的Key，在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密，然后以密码形式在公共通信网（如电话网）中传输到通信网络的终点，数据到达目的地后，用同样的Key对密码数据进行解密，便再现了明码形式的核心数据。这样，便保证了核心数据（如PIN、MAC等）在公共通信网中传输的安全性和可靠性。 
通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key，便能更进一步提高数据的保密性，这正是现在金融交易网络的流行做法。 
DES算法详述 
DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，它所使用的密钥也是64位，整个算法的主流程图如下： 
其功能是把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位，其置换规则见下表： 
       58,50,12,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4, 
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, 
即将输入的第58位换到第一位，第50位换到第2位，…，依此类推，最后一位是原来的第7位。L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0 是右32位，例：设置换前的输入值为D1D2D3……D64，则经过初始置换后的结果为：L0=D58D50…D8；R0=D57D49…D7。 
经过16次迭代运算后。得到L16、R16，将此作为输入，进行逆置换，即得到密文输出。逆置换正好是初始置的逆运算，例如，第1位经过初始置换后，处于第40位，而通过逆置换，又将第40位换回到第1位，其逆置换规则如下表所示： 
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, 
放大换位表 
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, 
单纯换位表 
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, 
在f(Ri,Ki)算法描述图中，S1,S2…S8为选择函数，其功能是把6bit数据变为4bit数据。下面给出选择函数Si(i=1,2……的功能表： 
选择函数Si 
S1: 
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, 
S2: 
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, 
S3: 
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, 
S4: 
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, 
S5: 
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, 
S6: 
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, 
S7: 
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, 
S8: 
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, 
在此以S1为例说明其功能，我们可以看到：在S1中，共有4行数据，命名为0，1、2、3行；每行有16列，命名为0、1、2、3，……，14、15列。 
现设输入为： D＝D1D2D3D4D5D6 
令：列＝D2D3D4D5 
行＝D1D6 
然后在S1表中查得对应的数，以4位二进制表示，此即为选择函数S1的输出。下面给出子密钥Ki(48bit)的生成算法 
从子密钥Ki的生成算法描述图中我们可以看到：初始Key值为64位，但DES算法规定，其中第8、16、……64位是奇偶校验位，不参与DES运算。故Key 实际可用位数便只有56位。即：经过缩小选择换位表1的变换后，Key 的位数由64 位变成了56位，此56位分为C0、D0两部分，各28位，然后分别进行第1次循环左移，得到C1、D1，将C1（28位）、D1（28位）合并得到56位，再经过缩小选择换位2，从而便得到了密钥K0（48位）。依此类推，便可得到K1、K2、……、K15，不过需要注意的是，16次循环左移对应的左移位数要依据下述规则进行： 
       循环左移位数 
1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1 
以上介绍了DES算法的加密过程。DES算法的解密过程是一样的，区别仅仅在于第一次迭代时用子密钥K15，第二次K14、……，最后一次用K0，算法本身并没有任何变化。 

二、DES算法的应用误区  

DES算法具有极高安全性，到目前为止，除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外，还没有发现更有效的办法。而56位长的密钥的穷举空间为256，这意味着如果一台计算机的速度是每一秒种检测一百万个密钥，则它搜索完全部密钥就需要将近2285年的时间，可见，这是难以实现的，当然，随着科学技术的发展，当出现超高速计算机后，我们可考虑把DES密钥的长度再增长一些，以此来达到更高的保密程度。 
由上述DES算法介绍我们可以看到：DES算法中只用到64位密钥中的其中56位，而第8、16、24、……64位8个位并未参与DES运算，这一点，向我们提出了一个应用上的要求，即DES的安全性是基于除了8，16，24，……64位外的其余56位的组合变化256才得以保证的。因此，在实际应用中，我们应避开使用第8，16，24，……64位作为有效数据位，而使用其它的56位作为有效数据位，才能保证DES算法安全可靠地发挥作用。如果不了解这一点，把密钥Key的8，16，24，….. .64位作为有效数据使用，将不能保证DES加密数据的安全性，对运用DES来达到保密作用的系统产生数据被破译的危险，这正是DES算法在应用上的误区，留下了被人攻击、被人破译的极大隐患。

 

源码：

//初始置换表IP 

int IP_Table[64] = { 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, 

 56,48,40,32,24,16,8,0, 

 58,50,42,34,26,18,10,2, 

 60,52,44,36,28,20,12,4, 

 62,54,46,38,30,22,14,6}; 

//逆初始置换表IP^-1 

int IP_1_Table[64] = {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, 

 32,0,40,8,48,16,56,24}; 

//扩充置换表E 

int E_Table[48] = {31, 0, 1, 2, 3, 4, 

 3, 4, 5, 6, 7, 8, 

 7, 8,9,10,11,12, 

 11,12,13,14,15,16, 

 15,16,17,18,19,20, 

 19,20,21,22,23,24, 

 23,24,25,26,27,28, 

 27,28,29,30,31, 0}; 

//置换函数P 

int P_Table[32] = {15,6,19,20,28,11,27,16, 

 0,14,22,25,4,17,30,9, 

 1,7,23,13,31,26,2,8, 

 18,12,29,5,21,10,3,24}; 

//S盒 

int S[8][4][16] =//S1 

 {{{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}}, 

 //S2 

 {{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}}, 

 //S3 

 {{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}}, 

 //S4 

 {{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}}, 

 //S5 

 {{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}}, 

 //S6 

 {{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}}, 

 //S7 

 {{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}}, 

 //S8 

 {{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}}}; 

//置换选择1 

int PC_1[56] = {56,48,40,32,24,16,8, 

 0,57,49,41,33,25,17, 

 9,1,58,50,42,34,26, 

 18,10,2,59,51,43,35, 

 62,54,46,38,30,22,14, 

 6,61,53,45,37,29,21, 

 13,5,60,52,44,36,28, 

 20,12,4,27,19,11,3}; 

//置换选择2 

int PC_2[48] = {13,16,10,23,0,4,2,27, 

 14,5,20,9,22,18,11,3, 

 25,7,15,6,26,19,12,1, 

 40,51,30,36,46,54,29,39, 

 50,44,32,46,43,48,38,55, 

 33,52,45,41,49,35,28,31}; 

//对左移次数的规定 

int MOVE_TIMES[16] = {1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1}; 

 //初始置换表IP

int IP_Table[64] = { 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,

 56,48,40,32,24,16,8,0,

 58,50,42,34,26,18,10,2,

 60,52,44,36,28,20,12,4,

 62,54,46,38,30,22,14,6}; 

//逆初始置换表IP^-1

int IP_1_Table[64] = {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,

 32,0,40,8,48,16,56,24};

//扩充置换表E

int E_Table[48] = {31, 0, 1, 2, 3, 4,

 3, 4, 5, 6, 7, 8,

 7, 8,9,10,11,12,

 11,12,13,14,15,16,

 15,16,17,18,19,20,

 19,20,21,22,23,24,

 23,24,25,26,27,28,

 27,28,29,30,31, 0};

//置换函数P

int P_Table[32] = {15,6,19,20,28,11,27,16,

 0,14,22,25,4,17,30,9,

 1,7,23,13,31,26,2,8,

 18,12,29,5,21,10,3,24};

int S[8][4][16] =//S1

 {{{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}},

 //S2

 {{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}},

 //S3

 {{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}},

 //S4

 {{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}},

 //S5

 {{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}},

 //S6

 {{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}},

 //S7

 {{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}},

 //S8

 {{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}}};

//置换选择1

int PC_1[56] = {56,48,40,32,24,16,8,

 0,57,49,41,33,25,17,

 9,1,58,50,42,34,26,

 18,10,2,59,51,43,35,

 62,54,46,38,30,22,14,

 6,61,53,45,37,29,21,

 13,5,60,52,44,36,28,

 20,12,4,27,19,11,3};

//置换选择2

int PC_2[48] = {13,16,10,23,0,4,2,27,

 14,5,20,9,22,18,11,3,

 25,7,15,6,26,19,12,1,

 40,51,30,36,46,54,29,39,

 50,44,32,46,43,48,38,55,

 33,52,45,41,49,35,28,31};

//对左移次数的规定

int MOVE_TIMES[16] = {1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};

int ByteToBit(ElemType ch,ElemType bit[8]); 

int BitToByte(ElemType bit[8],ElemType *ch); 

int Char8ToBit64(ElemType ch[8],ElemType bit[64]); 

int Bit64ToChar8(ElemType bit[64],ElemType ch[8]); 

int DES_MakeSubKeys(ElemType key[64],ElemType subKeys[16][48]); 

int DES_PC1_Transform(ElemType key[64], ElemType tempbts[56]); 

int DES_PC2_Transform(ElemType key[56], ElemType tempbts[48]); 

int DES_ROL(ElemType data[56], int time); 

int DES_IP_Transform(ElemType data[64]); 

int DES_IP_1_Transform(ElemType data[64]); 

int DES_E_Transform(ElemType data[48]); 

int DES_P_Transform(ElemType data[32]); 

int DES_SBOX(ElemType data[48]); 

int DES_XOR(ElemType R[48], ElemType L[48],int count); 

int DES_Swap(ElemType left[32],ElemType right[32]); 

int DES_EncryptBlock(ElemType plainBlock[8], ElemType subKeys[16][48], ElemType cipherBlock[8]); 

int DES_DecryptBlock(ElemType cipherBlock[8], ElemType subKeys[16][48], ElemType plainBlock[8]); 

int DES_Encrypt(char *plainFile, char *keyStr,char *cipherFile); 

int DES_Decrypt(char *cipherFile, char *keyStr,char *plainFile); 

int ByteToBit(ElemType ch,ElemType bit[8]);

int BitToByte(ElemType bit[8],ElemType *ch);

int Char8ToBit64(ElemType ch[8],ElemType bit[64]);

int Bit64ToChar8(ElemType bit[64],ElemType ch[8]);

int DES_MakeSubKeys(ElemType key[64],ElemType subKeys[16][48]);

int DES_PC1_Transform(ElemType key[64], ElemType tempbts[56]);

int DES_PC2_Transform(ElemType key[56], ElemType tempbts[48]);

int DES_ROL(ElemType data[56], int time);

int DES_IP_Transform(ElemType data[64]);

int DES_IP_1_Transform(ElemType data[64]);

int DES_E_Transform(ElemType data[48]);

int DES_P_Transform(ElemType data[32]);

int DES_SBOX(ElemType data[48]);

int DES_XOR(ElemType R[48], ElemType L[48],int count);

int DES_Swap(ElemType left[32],ElemType right[32]);

int DES_EncryptBlock(ElemType plainBlock[8], ElemType subKeys[16][48], ElemType cipherBlock[8]);

int DES_DecryptBlock(ElemType cipherBlock[8], ElemType subKeys[16][48], ElemType plainBlock[8]);

int DES_Encrypt(char *plainFile, char *keyStr,char *cipherFile);

int DES_Decrypt(char *cipherFile, char *keyStr,char *plainFile); 

//字节转换成二进制 

int ByteToBit(ElemType ch, ElemType bit[8]){ 

 int cnt; 

 for(cnt = 0;cnt cnt++){ 

 *(bit+cnt) = (ch cnt) 

 return 0; 

//二进制转换成字节 

int BitToByte(ElemType bit[8],ElemType *ch){ 

 int cnt; 

 for(cnt = 0;cnt cnt++){ 

 *ch |= *(bit + cnt) cnt; 

 return 0; 

//将长度为8的字符串转为二进制位串 

int Char8ToBit64(ElemType ch[8],ElemType bit[64]){ 

 int cnt; 

 for(cnt = 0; cnt cnt++){ 

 ByteToBit(*(ch+cnt),bit+(cnt 3)); 

 return 0; 

//将二进制位串转为长度为8的字符串 

int Bit64ToChar8(ElemType bit[64],ElemType ch[8]){ 

 int cnt; 

 memset(ch,0,8); 

 for(cnt = 0; cnt cnt++){ 

 BitToByte(bit+(cnt 3),ch+cnt); 

 return 0; 

//生成子密钥 

int DES_MakeSubKeys(ElemType key[64],ElemType subKeys[16][48]){ 

 ElemType temp[56]; 

 int cnt; 

 DES_PC1_Transform(key,temp);//PC1置换 

 for(cnt = 0; cnt cnt++){//16轮跌代，产生16个子密钥 

 DES_ROL(temp,MOVE_TIMES[cnt]);//循环左移 

 DES_PC2_Transform(temp,subKeys[cnt]);//PC2置换，产生子密钥 

 return 0; 

//密钥置换1 

int DES_PC1_Transform(ElemType key[64], ElemType tempbts[56]){ 

 int cnt; 

 for(cnt = 0; cnt cnt++){ 

 tempbts[cnt] = key[PC_1[cnt]]; 

 return 0; 

//密钥置换2 

int DES_PC2_Transform(ElemType key[56], ElemType tempbts[48]){ 

 int cnt; 

 for(cnt = 0; cnt cnt++){ 

 tempbts[cnt] = key[PC_2[cnt]]; 

 return 0; 

//循环左移 

int DES_ROL(ElemType data[56], int time){ 

 ElemType temp[56]; 

 //保存将要循环移动到右边的位 

 memcpy(temp,data,time); 

 memcpy(temp+time,data+28,time); 

 //前28位移动 

 memcpy(data,data+time,28-time); 

 memcpy(data+28-time,temp,time); 

 //后28位移动 

 memcpy(data+28,data+28+time,28-time); 

 memcpy(data+56-time,temp+time,time); 

 return 0; 

//IP置换 

int DES_IP_Transform(ElemType data[64]){ 

 int cnt; 

 ElemType temp[64]; 

 for(cnt = 0; cnt cnt++){ 

 temp[cnt] = data[IP_Table[cnt]]; 

 memcpy(data,temp,64); 

 return 0; 

//IP逆置换 

int DES_IP_1_Transform(ElemType data[64]){ 

 int cnt; 

 ElemType temp[64]; 

 for(cnt = 0; cnt cnt++){ 

 temp[cnt] = data[IP_1_Table[cnt]]; 

 memcpy(data,temp,64); 

 return 0; 

//扩展置换 

int DES_E_Transform(ElemType data[48]){ 

 int cnt; 

 ElemType temp[48]; 

 for(cnt = 0; cnt cnt++){ 

 temp[cnt] = data[E_Table[cnt]]; 

 memcpy(data,temp,48); 

 return 0; 

//P置换 

int DES_P_Transform(ElemType data[32]){ 

 int cnt; 

 ElemType temp[32]; 

 for(cnt = 0; cnt cnt++){ 

 temp[cnt] = data[P_Table[cnt]]; 

 memcpy(data,temp,32); 

 return 0; 

//异或 

int DES_XOR(ElemType R[48], ElemType L[48] ,int count){ 

 int cnt; 

 for(cnt = 0; cnt count; cnt++){ 

 R[cnt] ^= L[cnt]; 

 return 0; 

//S盒置换 

int DES_SBOX(ElemType data[48]){ 

 int cnt; 

 int line,row,output; 

 int cur1,cur2; 

 for(cnt = 0; cnt cnt++){ 

 cur1 = cnt*6; 

 cur2 = cnt 2; 

 //计算在S盒中的行与列 

 line = (data[cur1] 1) + data[cur1+5]; 

 row = (data[cur1+1] 3) + (data[cur1+2] 2) 

 + (data[cur1+3] 1) + data[cur1+4]; 

 output = S[cnt][line][row]; 

 //化为2进制 

 data[cur2] = (output 0X08) 3; 

 data[cur2+1] = (output 0X04) 2; 

 data[cur2+2] = (output 0X02) 1; 

 data[cur2+3] = output 0x01; 

 return 0; 

//交换 

int DES_Swap(ElemType left[32], ElemType right[32]){ 

 ElemType temp[32]; 

 memcpy(temp,left,32); 

 memcpy(left,right,32); 

 memcpy(right,temp,32); 

 return 0; 

//加密单个分组 

int DES_EncryptBlock(ElemType plainBlock[8], ElemType subKeys[16][48], ElemType cipherBlock[8]){ 

 ElemType plainBits[64]; 

 ElemType copyRight[48]; 

 int cnt; 

 Char8ToBit64(plainBlock,plainBits); 

 //初始置换（IP置换） 

 DES_IP_Transform(plainBits); 

 //16轮迭代 

 for(cnt = 0; cnt cnt++){ 

 memcpy(copyRight,plainBits+32,32); 

 //将右半部分进行扩展置换，从32位扩展到48位 

 DES_E_Transform(copyRight); 

 //将右半部分与子密钥进行异或操作 

 DES_XOR(copyRight,subKeys[cnt],48); 

 //异或结果进入S盒，输出32位结果 

 DES_SBOX(copyRight); 

 //P置换 

 DES_P_Transform(copyRight); 

 //将明文左半部分与右半部分进行异或 

 DES_XOR(plainBits,copyRight,32); 

 if(cnt != 15){ 

 //最终完成左右部的交换 

 DES_Swap(plainBits,plainBits+32); 

 //逆初始置换（IP^1置换） 

 DES_IP_1_Transform(plainBits); 

 Bit64ToChar8(plainBits,cipherBlock); 

 return 0; 

//解密单个分组 

int DES_DecryptBlock(ElemType cipherBlock[8], ElemType subKeys[16][48],ElemType plainBlock[8]){ 

 ElemType cipherBits[64]; 

 ElemType copyRight[48]; 

 int cnt; 

 Char8ToBit64(cipherBlock,cipherBits); 

 //初始置换（IP置换） 

 DES_IP_Transform(cipherBits); 

 //16轮迭代 

 for(cnt = 15; cnt cnt--){ 

 memcpy(copyRight,cipherBits+32,32); 

 //将右半部分进行扩展置换，从32位扩展到48位 

 DES_E_Transform(copyRight); 

 //将右半部分与子密钥进行异或操作 

 DES_XOR(copyRight,subKeys[cnt],48); 

 //异或结果进入S盒，输出32位结果 

 DES_SBOX(copyRight); 

 //P置换 

 DES_P_Transform(copyRight); 

 //将明文左半部分与右半部分进行异或 

 DES_XOR(cipherBits,copyRight,32); 

 if(cnt != 0){ 

 //最终完成左右部的交换 

 DES_Swap(cipherBits,cipherBits+32); 

 //逆初始置换（IP^1置换） 

 DES_IP_1_Transform(cipherBits); 

 Bit64ToChar8(cipherBits,plainBlock); 

 return 0; 

//加密文件 

int DES_Encrypt(char *plainFile, char *keyStr,char *cipherFile){ 

 FILE *plain,*cipher; 

 int count; 

 ElemType plainBlock[8],cipherBlock[8],keyBlock[8]; 

 ElemType bKey[64]; 

 ElemType subKeys[16][48]; 

 if((plain = fopen(plainFile,"rb")) == NULL){ 

 return PLAIN_FILE_OPEN_ERROR; 

 if((cipher = fopen(cipherFile,"wb")) == NULL){ 

 return CIPHER_FILE_OPEN_ERROR; 

 //设置密钥 

 memcpy(keyBlock,keyStr,8); 

 //将密钥转换为二进制流 

 Char8ToBit64(keyBlock,bKey); 

 //生成子密钥 

 DES_MakeSubKeys(bKey,subKeys); 

 while(!feof(plain)){ 

 //每次读8个字节，并返回成功读取的字节数 

 if((count = fread(plainBlock,sizeof(char),8,plain)) == 8){ 

 DES_EncryptBlock(plainBlock,subKeys,cipherBlock); 

 fwrite(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher); 

 if(count){ 

 //填充 

 memset(plainBlock + count,\0,7 - count); 

 //最后一个字符保存包括最后一个字符在内的所填充的字符数量 

 plainBlock[7] = 8 - count; 

 DES_EncryptBlock(plainBlock,subKeys,cipherBlock); 

 fwrite(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher); 

 fclose(plain); 

 fclose(cipher); 

 return OK; 

//解密文件 

int DES_Decrypt(char *cipherFile, char *keyStr,char *plainFile){ 

 FILE *plain, *cipher; 

 int count,times = 0; 

 long fileLen; 

 ElemType plainBlock[8],cipherBlock[8],keyBlock[8]; 

 ElemType bKey[64]; 

 ElemType subKeys[16][48]; 

 if((cipher = fopen(cipherFile,"rb")) == NULL){ 

 return CIPHER_FILE_OPEN_ERROR; 

 if((plain = fopen(plainFile,"wb")) == NULL){ 

 return PLAIN_FILE_OPEN_ERROR; 

 //设置密钥 

 memcpy(keyBlock,keyStr,8); 

 //将密钥转换为二进制流 

 Char8ToBit64(keyBlock,bKey); 

 //生成子密钥 

 DES_MakeSubKeys(bKey,subKeys); 

 //取文件长度 

 fseek(cipher,0,SEEK_END); //将文件指针置尾 

 fileLen = ftell(cipher); //取文件指针当前位置 

 rewind(cipher); //将文件指针重指向文件头 

 while(1){ 

 //密文的字节数一定是8的整数倍 

 fread(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher); 

 DES_DecryptBlock(cipherBlock,subKeys,plainBlock); 

 times += 8; 

 if(times fileLen){ 

 fwrite(plainBlock,sizeof(char),8,plain); 

 else{ 

 break; 

 //判断末尾是否被填充 

 if(plainBlock[7] 8){ 

 for(count = 8 - plainBlock[7]; count count++){ 

 if(plainBlock[count] != \0){ 

 break; 

 if(count == 7){//有填充 

 fwrite(plainBlock,sizeof(char),8 - plainBlock[7],plain); 

 else{//无填充 

 fwrite(plainBlock,sizeof(char),8,plain); 

 fclose(plain); 

 fclose(cipher); 

 return OK; 

//字节转换成二进制

int ByteToBit(ElemType ch, ElemType bit[8]){

 int cnt;

 for(cnt = 0;cnt cnt++){

 *(bit+cnt) = (ch cnt) 

 return 0;

//二进制转换成字节

int BitToByte(ElemType bit[8],ElemType *ch){

 int cnt;

 for(cnt = 0;cnt cnt++){

 *ch |= *(bit + cnt) cnt;

 return 0;

//将长度为8的字符串转为二进制位串

int Char8ToBit64(ElemType ch[8],ElemType bit[64]){

 int cnt;

 for(cnt = 0; cnt cnt++){ 

 ByteToBit(*(ch+cnt),bit+(cnt 3));

 return 0;

//将二进制位串转为长度为8的字符串

int Bit64ToChar8(ElemType bit[64],ElemType ch[8]){

 int cnt;

 memset(ch,0,8);

 for(cnt = 0; cnt cnt++){

 BitToByte(bit+(cnt 3),ch+cnt);

 return 0;

//生成子密钥

int DES_MakeSubKeys(ElemType key[64],ElemType subKeys[16][48]){

 ElemType temp[56];

 int cnt;

 DES_PC1_Transform(key,temp);//PC1置换

 for(cnt = 0; cnt cnt++){//16轮跌代，产生16个子密钥

 DES_ROL(temp,MOVE_TIMES[cnt]);//循环左移

 DES_PC2_Transform(temp,subKeys[cnt]);//PC2置换，产生子密钥

 return 0;

//密钥置换1

int DES_PC1_Transform(ElemType key[64], ElemType tempbts[56]){

 int cnt; 

 for(cnt = 0; cnt cnt++){

 tempbts[cnt] = key[PC_1[cnt]];

 return 0;

//密钥置换2

int DES_PC2_Transform(ElemType key[56], ElemType tempbts[48]){

 int cnt;

 for(cnt = 0; cnt cnt++){

 tempbts[cnt] = key[PC_2[cnt]];

 return 0;

//循环左移

int DES_ROL(ElemType data[56], int time){ 

 ElemType temp[56];

 //保存将要循环移动到右边的位

 memcpy(temp,data,time);

 memcpy(temp+time,data+28,time);

 //前28位移动

 memcpy(data,data+time,28-time);

 memcpy(data+28-time,temp,time);

 //后28位移动

 memcpy(data+28,data+28+time,28-time);

 memcpy(data+56-time,temp+time,time); 

 return 0;

//IP置换

int DES_IP_Transform(ElemType data[64]){

 int cnt;

 ElemType temp[64];

 for(cnt = 0; cnt cnt++){

 temp[cnt] = data[IP_Table[cnt]];

 memcpy(data,temp,64);

 return 0;

//IP逆置换

int DES_IP_1_Transform(ElemType data[64]){

 int cnt;

 ElemType temp[64];

 for(cnt = 0; cnt cnt++){

 temp[cnt] = data[IP_1_Table[cnt]];

 memcpy(data,temp,64);

 return 0;

//扩展置换

int DES_E_Transform(ElemType data[48]){

 int cnt;

 ElemType temp[48];

 for(cnt = 0; cnt cnt++){

 temp[cnt] = data[E_Table[cnt]];

 memcpy(data,temp,48);

 return 0;

//P置换

int DES_P_Transform(ElemType data[32]){

 int cnt;

 ElemType temp[32];

 for(cnt = 0; cnt cnt++){

 temp[cnt] = data[P_Table[cnt]];

 memcpy(data,temp,32);

 return 0;

int DES_XOR(ElemType R[48], ElemType L[48] ,int count){

 int cnt;

 for(cnt = 0; cnt count; cnt++){

 R[cnt] ^= L[cnt];

 return 0;

//S盒置换

int DES_SBOX(ElemType data[48]){

 int cnt;

 int line,row,output;

 int cur1,cur2;

 for(cnt = 0; cnt cnt++){

 cur1 = cnt*6;

 cur2 = cnt 2;

 //计算在S盒中的行与列

 line = (data[cur1] 1) + data[cur1+5];

 row = (data[cur1+1] 3) + (data[cur1+2] 2)

 + (data[cur1+3] 1) + data[cur1+4];

 output = S[cnt][line][row];

 //化为2进制

 data[cur2] = (output 0X08) 3;

 data[cur2+1] = (output 0X04) 2;

 data[cur2+2] = (output 0X02) 1;

 data[cur2+3] = output 0x01;

 return 0;

int DES_Swap(ElemType left[32], ElemType right[32]){

 ElemType temp[32];

 memcpy(temp,left,32); 

 memcpy(left,right,32); 

 memcpy(right,temp,32);

 return 0;

//加密单个分组

int DES_EncryptBlock(ElemType plainBlock[8], ElemType subKeys[16][48], ElemType cipherBlock[8]){

 ElemType plainBits[64];

 ElemType copyRight[48];

 int cnt;

 Char8ToBit64(plainBlock,plainBits); 

 //初始置换（IP置换）

 DES_IP_Transform(plainBits);

 //16轮迭代

 for(cnt = 0; cnt cnt++){ 

 memcpy(copyRight,plainBits+32,32);

 //将右半部分进行扩展置换，从32位扩展到48位

 DES_E_Transform(copyRight);

 //将右半部分与子密钥进行异或操作

 DES_XOR(copyRight,subKeys[cnt],48); 

 //异或结果进入S盒，输出32位结果

 DES_SBOX(copyRight);

 //P置换

 DES_P_Transform(copyRight);

 //将明文左半部分与右半部分进行异或

 DES_XOR(plainBits,copyRight,32);

 if(cnt != 15){

 //最终完成左右部的交换

 DES_Swap(plainBits,plainBits+32);

 //逆初始置换（IP^1置换）

 DES_IP_1_Transform(plainBits);

 Bit64ToChar8(plainBits,cipherBlock);

 return 0;

//解密单个分组

int DES_DecryptBlock(ElemType cipherBlock[8], ElemType subKeys[16][48],ElemType plainBlock[8]){

 ElemType cipherBits[64];

 ElemType copyRight[48];

 int cnt;

 Char8ToBit64(cipherBlock,cipherBits); 

 //初始置换（IP置换）

 DES_IP_Transform(cipherBits);

 //16轮迭代

 for(cnt = 15; cnt cnt--){ 

 memcpy(copyRight,cipherBits+32,32);

 //将右半部分进行扩展置换，从32位扩展到48位

 DES_E_Transform(copyRight);

 //将右半部分与子密钥进行异或操作

 DES_XOR(copyRight,subKeys[cnt],48); 

 //异或结果进入S盒，输出32位结果

 DES_SBOX(copyRight);

 //P置换

 DES_P_Transform(copyRight); 

 //将明文左半部分与右半部分进行异或

 DES_XOR(cipherBits,copyRight,32);

 if(cnt != 0){

 //最终完成左右部的交换

 DES_Swap(cipherBits,cipherBits+32);

 //逆初始置换（IP^1置换）

 DES_IP_1_Transform(cipherBits);

 Bit64ToChar8(cipherBits,plainBlock);

 return 0;

//加密文件

int DES_Encrypt(char *plainFile, char *keyStr,char *cipherFile){

 FILE *plain,*cipher;

 int count;

 ElemType plainBlock[8],cipherBlock[8],keyBlock[8];

 ElemType bKey[64];

 ElemType subKeys[16][48];

 if((plain = fopen(plainFile,"rb")) == NULL){

 return PLAIN_FILE_OPEN_ERROR;

 if((cipher = fopen(cipherFile,"wb")) == NULL){

 return CIPHER_FILE_OPEN_ERROR;

 //设置密钥

 memcpy(keyBlock,keyStr,8);

 //将密钥转换为二进制流

 Char8ToBit64(keyBlock,bKey);

 //生成子密钥

 DES_MakeSubKeys(bKey,subKeys);

 while(!feof(plain)){

 //每次读8个字节，并返回成功读取的字节数

 if((count = fread(plainBlock,sizeof(char),8,plain)) == 8){

 DES_EncryptBlock(plainBlock,subKeys,cipherBlock);

 fwrite(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher); 

 if(count){

 //填充

 memset(plainBlock + count,\0,7 - count);

 //最后一个字符保存包括最后一个字符在内的所填充的字符数量

 plainBlock[7] = 8 - count;

 DES_EncryptBlock(plainBlock,subKeys,cipherBlock);

 fwrite(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher);

 fclose(plain);

 fclose(cipher);

 return OK;

//解密文件

int DES_Decrypt(char *cipherFile, char *keyStr,char *plainFile){

 FILE *plain, *cipher;

 int count,times = 0;

 long fileLen;

 ElemType plainBlock[8],cipherBlock[8],keyBlock[8];

 ElemType bKey[64];

 ElemType subKeys[16][48];

 if((cipher = fopen(cipherFile,"rb")) == NULL){

 return CIPHER_FILE_OPEN_ERROR;

 if((plain = fopen(plainFile,"wb")) == NULL){

 return PLAIN_FILE_OPEN_ERROR;

 //设置密钥

 memcpy(keyBlock,keyStr,8);

 //将密钥转换为二进制流

 Char8ToBit64(keyBlock,bKey);

 //生成子密钥

 DES_MakeSubKeys(bKey,subKeys);

 //取文件长度 

 fseek(cipher,0,SEEK_END); //将文件指针置尾

 fileLen = ftell(cipher); //取文件指针当前位置

 rewind(cipher); //将文件指针重指向文件头

 while(1){

 //密文的字节数一定是8的整数倍

 fread(cipherBlock,sizeof(char),8,cipher);

 DES_DecryptBlock(cipherBlock,subKeys,plainBlock); 

 times += 8;

 if(times fileLen){

 fwrite(plainBlock,sizeof(char),8,plain);

 else{

 break;

 //判断末尾是否被填充

 if(plainBlock[7] 8){

 for(count = 8 - plainBlock[7]; count count++){

 if(plainBlock[count] != \0){

 break;

 if(count == 7){//有填充

 fwrite(plainBlock,sizeof(char),8 - plainBlock[7],plain);

 else{//无填充

 fwrite(plainBlock,sizeof(char),8,plain);

 fclose(plain);

 fclose(cipher);

 return OK;

} 最后，写一个简单的main函数来检验它： 

int main() 

 clock_t a,b; 

 a = clock(); 

 DES_Encrypt("1.txt","key.txt","2.txt"); 

 b = clock(); 

 printf("加密消耗%d毫秒\n",b-a); 

 system("pause"); 

 a = clock(); 

 DES_Decrypt("2.txt","key.txt","3.txt"); 

 b = clock(); 

 printf("解密消耗%d毫秒\n",b-a); 

 getchar(); 

 return 0; 

} 

【密码学】手摸手带你手算AES 本文带着大家手动计算了一下完整的简化版AES的整个流程，其实主要都参考了密码学与网络安全这本书，大部分的公式都是从这本书上来的，我是真的喜欢这个例子，麻雀虽小，五脏俱全，用来学习AES的入门感觉非常的合适，如果能够完整的自己手算下来这个例子，然后再去看完整版的AES算法，会简单非常多，主要就是规模扩大了一下，核心的流程还是上面这一套。最后，感谢能看到这里的读者，如果本文对大佬们理解AES有一点点的帮助，也不枉我手动敲了这么多的公式和矩阵了。
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【密码学】一文读懂SHA-2 SHA-2安全散列算法2（Secure Hash Algorithm 2）一种密码散列函数算法标准，由美国国家安全局研发，由美国国家标准与技术研究院（NIST）在2001年发布。属于SHA算法之一，是SHA-1的后继者。其下又可再分为六个不同的算法标准，包括了：SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256。
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