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2017-07-25T20:27:27+00:00
[C/C++ 演算法]-純C++的DES加解密
資料來源: http://blog.csdn.net/lisonglisonglisong/article/details/41777413
http://ouyangjia7.iteye.com/blog/478024
/*************************************************************************
> 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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