DES的设计与实现

發佈於 2018-11-02 教程  教程 / hello-world / 算法 / DES /

DES算法设计及实现

算法设计

DES加密算法的核心流程，我们可以理解为五个步骤：

1. 明文输入
2. IP置换
3. T迭代
4. IP逆置换
5. 密文输出

其中，最为复杂的为T迭代，T迭代中包括：

• 16次循环迭代
• 上下半区交换
• 密匙调度压缩
• PC1、PC2压缩交换
• 循环位移
• Feistel 轮函数

因此，我们的算法设计将分为四个部分

1. 明文输入输出
2. IP置换
3. T迭代
4. IP逆置换

即目录文件结构为：

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├── DES.h   # DES 算法
├── IPIP.h  # IP逆置换
├── IPP.h   # IP置换
├── TI.h    # T迭代
├── main.cpp    # 文件输入输出及测试
└── util.h  # 置换表以及相关运算函数

前期准备 —— util.h

在 util.h 中，我们含有以下置换表：

在 util.h 中，我们含有以下工具函数：

• 字符转二进制: void CharToBit(char input[], int output[])
• 二进制转字符: void BitToChar(int intput[], char output[])
• 异或操作: void Xor(int *INA, int *INB, int len)

IP置换部分 —— IPP.h

void IP_Init_Rep(int input[64], int output[64], int table[64])

该函数根据表（table）中的规定，将输入的 64 位明文重新进行排序，即将第 58 位放到第 1 位，第 50 位放到第 2 位……以此类推。初始置换以后得到的是一个 64 位的输出。

T迭代部分 —— TI.h

PC1压缩置换

void PC_1(int input[64], int output[56], int table[56])

用户输出的密钥是 64 位的，根据密钥置换表PC-1，将 64 位变成 56 位密钥。（去掉了奇偶校验位）

循环位移

void RotateL(int input[28], int output[28], int leftCount)

将 PC-1 置换得到的 56 位密钥，分为前28位 C0 和后28位 D0，分别对它们进行循环左移，C0左移得到 C1，D0 左移得到 D1。

PC2压缩置换

void PC_2(int input[56], int output[48], int table[48])

将 C1 和 D1 合并成 56 位，然后通过PC-2表进行压缩置换，得到当前这一轮的 48 位子密钥 K1 。

子密匙循环

void subKey_fun(int input[64], int subKey[16][48])

然后对 C1 和 D1 进行左移和压缩置换，获取下一轮的子密钥……一共进行16轮，得到 16 个 48 位的子密钥。

密码函数

void F_func(int input[32], int output[32], int subKey[48])

密码函数f(R, K)接受两个输入：32 位的数据和 48 位的子密钥。

E置换

void E_Extend(int input[32], int output[48], int table[48])

通过表 E 进行扩展置换，将输入的 32 位数据扩展为 48 位；

s-box分组

void S_Comp(int input[48], int output[32], int table[8][4][16])

根据S盒进行置换

P置换

void P_Rep(int input[32], int output[32], int table[32])

把通过 S 表置换得到的 8 个 4 位连在一起，形成一个 32 位的数据。然后将该 32 位数据通过表 P 进行置换（称为P-置换），置换后得到一个仍然是 32 位的结果数据，这就是f(R, K)函数的输出

IP逆置换部分 —— IPIP.h

void IP_Inv_Rep(int input[64], int output[64], int table[64])

合并 L16 和 R16 得到一个 64 位的数据，再经过尾置换后得到的就是 64 位的密文。注意：要将 L16和 R16 合并成 R16L16（即左右互换）。

DES算法部分 —— DES.h

在该部分进行上述部分的整合，并进行循环，可以达到解密和加密的效果。

彩蛋

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