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云代码 - c++代码库

DES加密算法

2012-09-20 作者: 神马举报

[c++]代码库

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
 
#define ENCRYPT 1
#define DECRYPT 0
 
static void printHex ( char *cmd, int len );
static void printArray ( const char *In, int len );
 
static void F_func ( bool In[32], const bool Ki[48] );    // f函数
static void S_func ( bool Out[32], const bool In[48] );   // S盒代替
 
static void Transform ( bool *Out, bool *In, const char *Table, int len ); // 变换
static void Xor ( bool *InA, const bool *InB, int len );   // 异或
static void RotateL ( bool *In, int len, int loop );    // 循环左移
static void ByteToBit ( bool *Out, const char *In, int bits );  // 字节组转换成位组
static void BitToByte ( char *Out, const bool *In, int bits );  // 位组转换成字节组
 
// 16位子密钥
static bool SubKey[16][48];
 
// 64位经过PC1转换为56位 (PC-1)
const static char PC1_Table[56] =
{
    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
};
 
// 左移
const static char LOOP_Table[16] =
{
    1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2,
    1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1
};
 
// 排列选择 2 (PC-2)
const static char PC2_Table[48] =
{
    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
};
 
// Ri_1(32位)经过变换E后膨胀为48位 (E)  void F_func
static const char E_Table[48] =
{
    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
};
 
// 8个4比特合并为32比特的排列 P
const static char P_Table[32] =
{
    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,
};
 
// 经过S盒 S-boxes
const static char S_Box[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   }
    }
};
 
// 初始排列 (IP)
const static char IP_Table[64] =
{
    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
};
 
// L16与R16合并后经过IP_1的最终排列 (IP**-1)
const static char IPR_Table[64] =
{
    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
};
 
void Des_SetKey ( const char Key[8] );  //生成子密钥
void Des_Run ( char Out[8], char In[8], bool Type );  //DES算法
 
void main ( int argc, char *argv[] )
{
    char key[12]={1,2,3,4,5,6,7,8};
    char str[12]="Hello";
    char str2[12];
 
    //printArray( PC2_Table, sizeof(PC2_Table)/sizeof(PC2_Table[0]) );
 
    printf ( "Before encrypting: " );
    puts ( str );
 
    Des_SetKey ( key );
 
    memset ( str2, 0, sizeof ( str2 ) );
    Des_Run ( str2, str, ENCRYPT );
    printf ( "After  encrypting: " );
    printHex ( str2, 8 );
 
    memset ( str, 0, sizeof ( str ) );
    printf ( "After  decrypting: " );
    Des_Run ( str, str2, DECRYPT );
    puts ( str );
 
}
 
void Des_SetKey ( const char Key[8] )
{
    int i;
    static bool K[64], *KL = &K[0], *KR = &K[28];
 
    ByteToBit ( K, Key, 64 );   //转换为二进制
 
    Transform ( K, K, PC1_Table, 56 );   //64比特的密钥K,经过PC-1后,生成56比特的串。
 
    //生成16个子密钥
    for ( i=0; i<16; i++ )
    {
        //循环左移,合并
        RotateL ( KL, 28, LOOP_Table[i] );
        RotateL ( KR, 28, LOOP_Table[i] );
        Transform ( SubKey[i], K, PC2_Table, 48 );
    }
}
 
void Des_Run ( char Out[8], char In[8], bool Type )
{
    int i;
    static bool M[64], tmp[32], *Li = &M[0], *Ri = &M[32];
 
    //转换为64位的数据块
    ByteToBit ( M, In, 64 );
 
    //IP置换 (初始)
    Transform ( M, M, IP_Table, 64 );
 
    //该比特串被分为32位的L0和32位的R0两部分。
 
    if ( Type == ENCRYPT )
    {
        //16轮置换
        for ( i=0; i<16; i++ )
        {
            memcpy ( tmp, Ri, 32 );
 
            // R[i] = L[i-1] xor f(R[i-1], K[i])
            F_func ( Ri, SubKey[i] );
 
            // 2.4.6 Exclusive-or the resulting value with L[i-1].
            // R[I]=P XOR L[I-1]
            Xor ( Ri, Li, 32 );
 
            // L[i] = R[i-1]
            memcpy ( Li, tmp, 32 );
 
        }
    }
    else
    {
        // 如果解密则反转子密钥顺序
        for ( i=15; i>=0; i-- )
        {
            memcpy ( tmp, Li, 32 );
            F_func ( Li, SubKey[i] );
            Xor ( Li, Ri, 32 );
            memcpy ( Ri, tmp, 32 );
        }
    }
 
    //R16与L16合并成64位的比特串。R16一定要排在L16前面。R16与L16合并后成的比特串,经过置换IP-1后所得的比特串就是密文。
    Transform ( M, M, IPR_Table, 64 );
 
    BitToByte ( Out, M, 64 );
}
 
//将32比特的输入再转化为32比特的输出
void F_func ( bool In[32], const bool Ki[48] )
{
    static bool MR[48];
 
    //输入Ri-1(32比特)经过变换E后,膨胀为48比特
    Transform ( MR, In, E_Table, 48 );
 
    //异或
    Xor ( MR, Ki, 48 );
 
    //膨胀后的比特串分为8组,每组6比特。各组经过各自的S盒后,又变为4比特(具体过程见后),合并后又成为32比特。
    S_func ( In, MR );
 
    //该32比特经过P变换后,输出的比特串才是32比特的f (Ri-1,Ki)。
    Transform ( In, In, P_Table, 32 );
}
 
void S_func ( bool Out[32], const bool In[48] )
{
    char j,m,n;
 
    //膨胀后的比特串分为8组,每组6比特。
    for ( j=0; j<8; j++,In+=6,Out+=4 )
    {
        //在其输入In[0],In[1],In[2],In[3],In[4],In[5]中,计算出m=In[0]*2+In[5], n=In[4]+In[3]*2+In[2]*4+In[1]*8,再从Sj表中查出m行,n列的值Smn。将Smn化为二进制,即得Si盒的输出。
        m = ( In[0]<<1 ) + In[5];
        n = ( In[1]<<3 ) + ( In[2]<<2 ) + ( In[3]<<1 ) + In[4];
 
        ByteToBit ( Out, &S_Box[ ( int ) j][ ( int ) m][ ( int ) n], 4 );
    }
}
 
// 打印指定位置指定长度HEX值
static void printHex ( char *cmd, int len )
{
    int i;
 
    for ( i=0; i<len; i++ )
    {
        printf ( "[%02X]", ( unsigned char ) cmd[i] );
    }
    printf ( "\n" );
}
 
// 打印数组测试用
static void printArray ( const char *In, int len )
{
    int   i;
    char tmp[256];
 
    memset ( tmp, 0, sizeof ( tmp ) );
 
    for ( i=0; i<len; i++ )
    {
        tmp[ ( int ) In[i]]=In[i];
    }
 
    for ( i=0; i<len; i++ )
    {
        printf ( "[%02d]", ( unsigned char ) tmp[i] );
    }
    printf ( "\n" );
}
 
void Transform ( bool *Out, bool *In, const char *Table, int len )
{
    int i;
    static bool tmp[256];
 
    for ( i=0; i<len; i++ )
    {
        tmp[i] = In[ Table[i]-1 ];
    }
    memcpy ( Out, tmp, len );
}
 
void Xor ( bool *InA, const bool *InB, int len )
{
    int i;
 
    for ( i=0; i<len; i++ )
    {
        InA[i] ^= InB[i];
    }
}
 
void RotateL ( bool *In, int len, int loop )
{
    static bool tmp[256];               // Sample:  loop=2
    memcpy ( tmp, In, loop );           // In=12345678 tmp=12
    memcpy ( In, In+loop, len-loop );   // In=345678
    memcpy ( In+len-loop, tmp, loop );  // In=34567812
}
 
// Sample:
// In = [0x01]
// Out = [0x01] [0x00] [0x00] [0x00] [0x00] [0x00] [0x00] [0x00]
void ByteToBit ( bool *Out, const char *In, int bits )
{
    int i;
 
    for ( i=0; i<bits; i++ )
    {
        // In[i]的第N位右移N位并和0x01按位"与"运算(N=1~8)
        Out[i] = ( In[i/8]>> ( i%8 ) ) & 1;
    }
}
 
void BitToByte ( char *Out, const bool *In, int bits )
{
    int i;
 
    memset ( Out, 0, ( bits+7 ) /8 );
    for ( i=0; i<bits; i++ )
    {
        Out[i/8] |= In[i]<< ( i%8 );
    }
}


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