使用C++编写程序进行DES加密和解密操作
DES（Data Encryption Standard）是一种流行的对称加密算法，它被广泛用于保护数据的机密性。虽然现在已经被更高级的加密算法所取代，但是它仍然是很多旧系统中常用的加密算法。
在本文中，我们将介绍如何使用C++编写程序来执行DES加密和解密操作。在开始之前，需要先了解一些基本的加密术语和概念。
对称加密算法：使用同一个密钥进行加密和解密的算法。
密码块：加密算法对明文按特定方式进行分块处理的单元。
密钥长度：加密算法使用的密钥的二进制位数目。
密钥计划：加密算法将输入密钥转换成子密钥的过程。
现在，我们进入程序的编写过程。首先，我们需要定义常量和变量，以及引入必要的头文件：
#include<bitset>
#include<iostream>
#include<cstring>
using namespace std;
const int IP_table[] = 11;
const int PC1_table[] =
10;
const int PC2_table[] = 48;
const int expand_table[] =
8;
const int S1[4][16] = { 9,
7,
15,
0 };
const int S2[4][16] = { 6,
6,
13,
11 };
const int S3[4][16] = { 6,
14,
12,
11 };
const int S4[4][16] = { 0,
10,
12,
13 };
const int S5[4][16] = { 0,
8,
12,
9 };
const int S6[4][16] = { 1,
15,
8,
2 };
const int S7[4][16] = { 6,
11,
14,
0 };
const int S8[4][16] = { 11,
15,
9,
12 };
const int P_table[] = 29;
const int IP_inverse_table[] = 28;
const int KEY_LENGTH = 64;//密钥长度
const int BLOCK_LENGTH = 64;//块长度
const int KEY_ROUND = 16;//迭代轮数
bitset<64> input_block;//输入数据块
bitset<64> output_block;//输出数据块
bitset<48> sub_key[KEY_ROUND];//存储子密钥
接下来，我们需要编写主程序的加密和解密函数。首先是密钥的处理函数：
//密钥处理函数
bitset<56> key_process(string key) {
bitset<56> processed_key;
for (int i = 0; i < KEY_LENGTH; i++) {
processed_key.set(55 - i % 8 * 7 - i / 8, key[KEY_LENGTH - i - 1] - '0');
}
return processed_key;
}
//生成子密钥函数
void generate_subkey(bitset<56> processed_key) {
bitset<28> C, D;
for (int i = 0; i < 28; i++) {
C.set(27 - i, processed_key[PC1_table[i] - 1]);
D.set(27 - i, processed_key[PC1_table[i + 28] - 1]);
}
for (int i = 0; i < KEY_ROUND; i++) {
C = (C << (i + 1)) | (C >> (28 - i - 1));
D = (D << (i + 1)) | (D >> (28 - i - 1));
bitset<56> temp = (C.to_ulong(), D.to_ulong());
for (int j = 0; j < 48; j++) {
sub_key[i][47 - j] = temp[PC2_table[j] - 1];
}
}
}
然后是加密和解密的核心函数：
//加密过程函数
bitset<64> encryption(bitset<64> plain_text) {
bitset<64> cipher_text;
//初始置换
for (int i = 0; i < BLOCK_LENGTH; i++) {
input_block.set(63 - i, plain_text[IP_table[i] - 1]);
}
//分为左右两半
bitset<32> L, R, pre_L;
for (int i = 0; i < 32; i++) {
L.set(31 - i, input_block[63 - i]);
R.set(31 - i, input_block[31 - i]);
}
for (int i = 0; i < KEY_ROUND; i++) {
pre_L = L;
L = R;
R = pre_L ^ s_box(expand(R) ^ sub_key[i]);
}
for (int i = 0; i < 32; i++) {
cipher_text.set(31 - i, R[i]);
cipher_text.set(63 - i, L[i]);
}
//逆初始置换
for (int i = 0; i < BLOCK_LENGTH; i++) {
output_block.set(63 - i, cipher_text[IP_inverse_table[i] - 1]);
}
return output_block;
}
//解密过程函数
bitset<64> decryption(bitset<64> cipher_text) {
bitset<64> plain_text;
//初始置换
for (int i = 0; i < BLOCK_LENGTH; i++) {
input_block.set(63 - i, cipher_text[IP_table[i] - 1]);
}
//分为左右两半
bitset<32> L, R, pre_L;
for (int i = 0; i < 32; i++) {
L.set(31 - i, input_block[63 - i]);
R.set(31 - i, input_block[31 - i]);
}
for (int i = KEY_ROUND-1; i >=0 ; i--) {
pre_L = L;
L = R;
R = pre_L ^ s_box(expand(R) ^ sub_key[i]);
}
for (int i = 0; i < 32; i++) {
plain_text.set(31 - i, R[i]);
plain_text.set(63 - i, L[i]);
}
//逆初始置换
for (int i = 0; i < BLOCK_LENGTH; i++) {
output_block.set(63 - i, plain_text[IP_inverse_table[i] - 1]);
}
return output_block;
}
最后，我们需要将以上函数整合起来，在主函数中读取输入文件并进行加密解密操作：
int main()
{
string key;
ifstream in("input.txt");
ofstream out("output.txt");
getline(in, key);
bitset<56> processed_key = key_process(key);
generate_subkey(processed_key);
while (getline(in, key)) {
if (key.length() != 16)
cout << "该字符串不能进行DES加密或解密！" << endl;
return -1;
bitset<64> plain_text(key);
bitset<64> cipher_text = encryption(plain_text);
for (int i = 0; i < 8; i++) {
out << hex << cipher_text.to_ulong() / (unsigned long long)pow(2, 8 * (7 - i)) % 256;
}
out << endl;
plain_text = decryption(cipher_text);
for (int i = 0; i < 8; i++) {
out << hex << plain_text.to_ulong() / (unsigned long long)pow(2, 8 * (7 - i)) % 256;
}
out << endl;
}
in.close();
out.close();
}
在执行完上述程序后，将会在输出文件中生成加密和解密后的结果。
总结来说，DES是一种流行的对称加密算法，它能够有效地保护数据的机密性。使用C++编写程序进行DES加密和解密操作，可以有效地加强数据的保护和机密性。同时，该程序还可以使用多种不同的加密和解密方式，以满足用户不同的安全需求。
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