DES加密演算法詳解
在網上搜了一下關於DES的說明,發現有些雜亂,所以還是有必要整合一下。
寫了一點程式碼,還沒有完成,不過,還不能編譯通過,^_^
剛看了一下,發現還是說得夠模糊的,有機會再整理一下。
昏倒,一直執行不對,今天才仔細查出來,原來問題是出在Des_Data_P(const _b32& input, _b32 output),
我的output用了傳值呼叫,失敗呀。應該是Des_Data_P(const _b32& input, _b32& output)
DES演算法的入口引數有三個:
Key, Data, Mode
Key 為64bit金鑰, Data為64bit資料,Mode為加密還是解密。
DES演算法的過程:
1. 對輸入的金鑰進行變換。
使用者的64bit金鑰,其中第8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64位是校驗位, 使得每個金鑰都有奇數個1。所以金鑰事實上是56位。對這56位金鑰進行如下表的換位。
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,
表的意思是第57位移到第1位,第49位移到第2位,...... 以此類推。變換後得到56bit資料,將它分成兩部分,C[0][28], D[0][28]。
2. 計算16個子金鑰,計算方法C[i][28] D[i][28]為對前一個C[i-1][28], D[i-1][28]做迴圈左移操作。16次的左移位數如下表:
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 (第i次)
1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1 (左移位數)
3. 串聯計算出來的C[i][28] D[i][28] 得到56位,然後對它進行如下變換得到48位子金鑰K[i][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,
表的意思是第14位移到第1位,第17位移到第2位,以此類推。在此過程中,發現第9,18,22,25, 35,38,43,54位丟棄。
4. 對64bit的明文輸入進行換位變換。換位表如下:
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
表的意思就是第一次變換時,第58位移到第1位,第50位移到第2位,...... 依此類推。得到64位資料,將這資料前後分成兩塊L[0][32], R[0][32]。
5. 加密過程,對R[i][32]進行擴充套件變換成48位數,方法如下, 記為E(R[i][32])
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,
6. 將E(R[i][32])與K[i][48]作異或運算,得到48位數,將48位數順序分成8份,6位一份,B[8][6]。
7. 使用S[i]替換B[i][6]。過程如下: 取出B[i][6]的第1位和第6位連成一個2位數m, m就是S[i]中對應的行數(0-3),取出B[i][6]的第2到第5位連成一個4位數n(0-15),n就是S[i]中對應的列數,用S[i][m][n]代替B[i][6]。S是4行16列的對應表,裡面是4位的數,一共有8個S,定義如下:
S[1]:
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,
S[2]:
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,
S[3]:
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,
S[4]:
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,
S[5]:
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,
S[6]:
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,
S[7]:
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,
S[8]:
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,
8. 將從B[i][6]經過S得到的8個4位數連起來得到32位數。對這個數進行如下變換:
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,
得到的結果與L[i][32]作異或運算,把結果賦給R[i][32]。
9. 把R[i-1][32]的值賦給L[i],從5開始迴圈。直到K[16][48]結束。
10. 將最後的L,R合併成64位,然後進行如下轉化得到最後的結果。這是對第4步的一個逆變化。
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
以上是Des的加密過程,解密過程同樣,只需要把16個子金鑰K[i][48]的順序顛倒過來就行了。
程式碼:
/* filename: gy_des.cpp */ /* * Some of codes are copyed from des.lib which is written by Eric Young ([email protected]) * You can get the lib from ftp://ftp.psy.uq.oz.au/pub/Crypto/DES/, */ #include "stdafx.h" #include < bitset > #include < vector > #include < string > #include < iostream > using namespace std; //using namespace gy; typedef bitset< 4 > _b4; typedef bitset< 6 > _b6; typedef bitset< 8 > _b8; typedef bitset< 28 > _b28; typedef bitset< 32 > _b32; typedef bitset< 48 > _b48; typedef bitset< 56 > _b56; typedef bitset< 64 > _b64; typedef vector< _b8 > _vb8; typedef vector< _b48 > _vb48; typedef vector< _b64 > _vb64; namespace { const unsigned char odd_parity[256]={ 1, 1, 2, 2, 4, 4, 7, 7, 8, 8, 11, 11, 13, 13, 14, 14, 16, 16, 19, 19, 21, 21, 22, 22, 25, 25, 26, 26, 28, 28, 31, 31, 32, 32, 35, 35, 37, 37, 38, 38, 41, 41, 42, 42, 44, 44, 47, 47, 49, 49, 50, 50, 52, 52, 55, 55, 56, 56, 59, 59, 61, 61, 62, 62, 64, 64, 67, 67, 69, 69, 70, 70, 73, 73, 74, 74, 76, 76, 79, 79, 81, 81, 82, 82, 84, 84, 87, 87, 88, 88, 91, 91, 93, 93, 94, 94, 97, 97, 98, 98,100,100,103,103,104,104,107,107,109,109,110,110, 112,112,115,115,117,117,118,118,121,121,122,122,124,124,127,127, 128,128,131,131,133,133,134,134,137,137,138,138,140,140,143,143, 145,145,146,146,148,148,151,151,152,152,155,155,157,157,158,158, 161,161,162,162,164,164,167,167,168,168,171,171,173,173,174,174, 176,176,179,179,181,181,182,182,185,185,186,186,188,188,191,191, 193,193,194,194,196,196,199,199,200,200,203,203,205,205,206,206, 208,208,211,211,213,213,214,214,217,217,218,218,220,220,223,223, 224,224,227,227,229,229,230,230,233,233,234,234,236,236,239,239, 241,241,242,242,244,244,247,247,248,248,251,251,253,253,254,254 }; const int keyperm_table56[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 }; const int keycompperm_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 }; const int keyshift_table[16] = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1 }; const int datainitperm_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 }; const int dataexpperm_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 }; const int datasbox_table[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}, } }; const int datapperm_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 }; const int datafp_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 }; template < size_t _NB > void rotateleft_bitset(bitset< _NB >& input, size_t step) { bitset< _NB > tmp = input; input <<= step; tmp >>= _NB - step; input |= tmp; } template < size_t _NB > void rotateright_bitset(bitset< _NB >& input, size_t step) { bitset< _NB > tmp = input; input >>= step; tmp <<= _NB - step; input |= tmp; } template < class Input, class Output, class Table> void Des_Permutation( const Input& input, Output& output, const Table& table, size_t TableSize) { for (size_t i = 0; i < TableSize; ++i) { output[i] = input[ table[i]-1 ]; } } void Des_Key_Permutation1(const _b64& input, _b56& output) { Des_Permutation(input, output, keyperm_table56, sizeof(keyperm_table56)/sizeof(int)); } void Des_Key_CompPerm(const _b56& input, _b48& output) { Des_Permutation(input, output, keycompperm_table, sizeof(keycompperm_table)/sizeof(int)); } void Des_Key_Shift(_b56& key56, size_t step) { _b28 l28, r28; int i; for (i = 0; i < 28; ++i) { r28[i] = key56[i]; l28[i] = key56[28+i]; } rotateleft_bitset(l28, step); rotateleft_bitset(r28, step); for (i = 0; i < 28; ++i) { key56[i] = r28[i]; key56[28+i] = l28[i]; } } void Des_Key_Generate(const _b64& key, _vb48& subkey) { _b56 tmp56; Des_Key_Permutation1(key, tmp56); for (int i = 0; i < 16; ++i) { _b48 tmp48; Des_Key_Shift(tmp56, keyshift_table[i]); Des_Key_CompPerm(tmp56, tmp48); cout << "Key: " << tmp48 << endl; subkey.push_back(tmp48); } } void Des_Char_To_Binary(char c, string& binary) { unsigned char tmp = odd_parity[c]; binary.append( (tmp & 0x80) ? "1" : "0" ); binary.append( (tmp & 0x40) ? "1" : "0" ); binary.append( (tmp & 0x20) ? "1" : "0" ); binary.append( (tmp & 0x10) ? "1" : "0" ); binary.append( (tmp & 0x08) ? "1" : "0" ); binary.append( (tmp & 0x04) ? "1" : "0" ); binary.append( (tmp & 0x02) ? "1" : "0" ); binary.append( (tmp & 0x01) ? "1" : "0" ); } void Des_String_To_Binary(const string& input, _b64& output) { string binary; for (int i = 0; i < input.length(); ++i ) { Des_Char_To_Binary(input[i], binary); } _b64 tmp64(binary); output = tmp64; } void Des_String_To_Key(const string& key, _vb48& subkey) { _b64 tmp64; Des_String_To_Binary(key, tmp64); Des_Key_Generate(tmp64, subkey); } void Des_Data_ExpPerm(const _b32& input, _b48& output) { Des_Permutation(input, output, dataexpperm_table, sizeof(dataexpperm_table)/sizeof(int)); } void Des_Data_IP(const _b64& input, _b64& output) { Des_Permutation(input, output, datainitperm_table, sizeof(datainitperm_table)/sizeof(int)); } void Des_Data_S(const _b6& input, _b4& output, int step) { bitset< 2 > tmp2; _b4 tmp4; tmp2[0] = input[5]; tmp2[1] = input[0]; tmp4[0] = input[1]; tmp4[1] = input[2]; tmp4[2] = input[3]; tmp4[3] = input[4]; _b8 t8(datasbox_table[step][tmp2.to_ulong()][tmp4.to_ulong()]); for (int i = 0; i < 4; ++i) { output[i] = t8[i]; } } void Des_Data_S(const _b48& input, _b32& output) { _b6 tmp6; _b4 tmp4; int i, j; for (i = 0; i < 8; ++i) { for (j = 6; j < 0; --j) { tmp6[j] = input[ 47 - i*6 - j]; } Des_Data_S(tmp6, tmp4, i); for (j = 0; j < 4; ++j) { output[ 31 - (i << 2) - j] = tmp4[j]; } } } void Des_Data_P(const _b32& input, _b32& output) { Des_Permutation(input, output, datapperm_table, sizeof(datapperm_table)/sizeof(int)); } void Des_Data_F(_b64& input, const _b48& key) { _b32 l32, r32, tmp32, t32; _b48 exp48; int i; for (i = 0; i < 32; ++i ) { r32[i] = input[i]; l32[i] = input[32+i]; } //cout << "r32** " << r32 << endl; Des_Data_ExpPerm(r32, exp48); //cout << "exp** " << exp48 << endl; //cout << "key** " << key << endl; exp48 ^= key; //cout << "exp** " << exp48 << endl; Des_Data_S(exp48, tmp32); //cout << "tmp** " << tmp32 << endl; Des_Data_P(tmp32, t32); //cout << "t32** " << t32 << endl; t32 ^= l32; l32 = r32; r32 = t32; for (i = 0; i < 32; ++i ) { input[i] = r32[i]; input[32+i] = l32[i]; } } void Des_data_FP(const _b64& input, _b64& output) { Des_Permutation(input, output, datafp_table, sizeof(datafp_table)/sizeof(int)); } int Des_encode_64bit(const _vb48& key, const _b64 &data, _b64 &output) { _b64 tmp64; Des_Data_IP(data, tmp64); for (int i = 0; i < 16; ++i) { //cout << " " << tmp64 << endl; Des_Data_F(tmp64, key[i]); //cout << " " << tmp64 << endl; } Des_data_FP(tmp64, output); return 0; } int Des_encode(const string& key, const string& data, _b64 &output) { _vb48 subkey, decodekey; _b64 data64, tmp64; Des_String_To_Key(key, subkey); for (int i = 0; i < 16; ++i) { decodekey.push_back(subkey[ 15-i ]); } Des_String_To_Binary(data, data64); //cout << "data: " << data64 << endl; Des_encode_64bit(subkey, data64, output); //cout << "code: " << output << endl; Des_encode_64bit(decodekey, output, tmp64); //cout << "reco: " << tmp64 << endl; if (tmp64 == data64) { cout << "Congratulation.$$$$$$$$$$$___FCKpd___1quot; << endl; }else { cout << "Error. **************************" << endl; } return 0; } int Des_decode(const string& key, const string& data, _b64 &output) { return 0; } } namespace gy { /* Mode: true for encode, false for decode */ int Des(const string& key, const string& data, _b64 &output, bool Mode) { if (Mode) { return Des_encode(key, data, output); }else { return Des_decode(key, data, output); } } void Run_Des(void) { int select = 0; string data, key; cout << "1. encode;" << endl << "2. decode;" << endl << "Your choise: "; cin >> select; cout << endl << "Please input the data: "; cin >> data; cout << endl << "Please input the key: "; cin >> key; _b64 output; if (select == 1) { Des(key, data, output, true); }else { Des(key, data, output, false); } } } 原文:http://bbs.sdu.edu.cn/pc/pccon.php?id=675&nid=28248&order=c&tid=
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