DES（Data Encryption Standard）是一种对称密钥加密算法，是美国国家标准局于1977年在IBM公司的研究基础上公布的，目前在很多应用中得到广泛使用。本文将介绍如何使用C++编程实现DES加密解密算法。

1. 算法原理

DES算法是一种采用分组加密的方法，将明文按照64位进行分组，密钥长度为56位，通过16轮迭代运算加密。每一轮加密过程中，明文根据密钥生成一组密钥，然后对明文进行置换、替换和异或操作，使得明文加密后的密文与密钥相关而且难以破解。

2. 编程实现

C++中提供了一些加密解密算法的库，如openssl、cryptopp等，但是由于这些库的使用方法较为复杂，本篇文章主要介绍建立自己的DES算法加密解密类的方法。具体实现过程如下：

（1）定义私密密钥

首先，需要定义DES加密解密算法所需要的私密密钥，其中包含了密钥的置换、替换和异或操作等操作，代码如下：

const int DESKeyChangeTable[56] =

53;

const int DESKeyShiftTable[16] =

4;

const int DESKeyPermutedTable[48] =

12;

const int DESKeyXORTable[48] =

21;

（2）定义加密解密类

接下来，我们需要定义一个加密解密类，用于实现DES算法的加密和解密。在该类中，需要定义一些函数，如BlockFeistelFunc、Encrypt、Decrypt等。代码如下：

class DES

{

public:

// 加密函数

void Encrypt(unsigned char* pData, unsigned long dwLen, unsigned char* pKey);

// 解密函数

void Decrypt(unsigned char* pData, unsigned long dwLen, unsigned char* pKey);

private:

// 置换函数

void KeyChange(unsigned char Key[8], unsigned char C[28], unsigned char D[28]);

// 分组函数

void Permute(unsigned char Data[8], unsigned char Result[8], int IndexTable[64]);

// 加密循环函数

void BlockFeistelFunc(unsigned char M[16], unsigned char K[16], unsigned char Result[16]);

// 获取子密钥

void GetSubKey(unsigned char Key[8], unsigned char SubKey[16][48]);

// 移位函数

void ShiftLeft(unsigned char *pbData, int nSize, int nShift);

// 异或函数

void XOR(unsigned char *pbSrc1, unsigned char *pbSrc2, unsigned char *pbDest, int nSize);

};

（3）实现各个函数

在加密解密类中，每个函数都有其特定的功能，需要逐一实现。其中，置换、分组、移位、异或操作等都可以通过循坏实现，具体实现过程可以参考下面的代码。

void DES::Encrypt(unsigned char* pData, unsigned long dwLen, unsigned char* pKey)

{

// 先获取子密钥

unsigned char SubKey[16][48];

GetSubKey(pKey, SubKey);

// 分组加密

unsigned char szTmp[16] = {0};

for (unsigned long i = 0; i < dwLen; i += 8)

{

// 获取分组

unsigned char szData[8] = {0};

memcpy(szData, pData + i, 8);

// 加密分组

BlockFeistelFunc(szData, SubKey[0], szTmp);

for (int j = 1; j < 16; j ++)

{

BlockFeistelFunc(szData, SubKey[j], szTmp);

}

// 存储密文

memcpy(pData + i, szTmp, 8);

}

}

void DES::Decrypt(unsigned char* pData, unsigned long dwLen, unsigned char* pKey)

{

// 先获取子密钥

unsigned char SubKey[16][48];

GetSubKey(pKey, SubKey);

// 分组解密

unsigned char szTmp[16] = {0};

for (unsigned long i = 0; i < dwLen; i += 8)

{

// 获取分组

unsigned char szData[8] = {0};

memcpy(szData, pData + i, 8);

// 解密分组

BlockFeistelFunc(szData, SubKey[15], szTmp);

for (int j = 14; j >= 0; j --)

{

BlockFeistelFunc(szTmp, SubKey[j], szData);

}

// 存储明文

memcpy(pData + i, szData, 8);

}

}

void DES::KeyChange(unsigned char Key[8], unsigned char C[28], unsigned char D[28])

{

unsigned char szTmp[56] = {0};

for (int i = 0; i < 56; i ++)

{

szTmp[i] = Key[DESKeyChangeTable[i]];

}

memcpy(C, szTmp, 28);

memcpy(D, szTmp + 28, 28);

}

void DES::Permute(unsigned char Data[8], unsigned char Result[8], int IndexTable[64])

{

unsigned char szTmp[64] = {0};

for (int i = 0; i < 64; i ++)

{

szTmp[i] = Data[IndexTable[i]];

}

memcpy(Result, szTmp, 8);

}

void DES::BlockFeistelFunc(unsigned char M[16], unsigned char K[16], unsigned char Result[16])

{

unsigned char szTmp[16] = {0};

// 密文置换

Permute(M, szTmp, DESInitPermuteTable);

// 获取左右两部分数据

unsigned char L[8] = {0};

unsigned char R[8] = {0};

memcpy(L, szTmp, 4);

memcpy(R, szTmp + 4, 4);

// 16轮加密

for (int i = 0; i < 16; i ++)

{

// 参与加密的数据

unsigned char E[6] = {0};

Permute(R, E, DESExpansionTable);

// 异或操作

XOR(E, K + i * 6, E, 6);

// S盒替换

unsigned char S[4] = {0};

for (int j = 0; j < 8; j ++)

{

int nRow = ((E[j * 6 + 0] << 1) & 0x02) | ((E[j * 6 + 5] << 0) & 0x01);

int nCol = ((E[j * 6 + 1] << 3) & 0x08) | ((E[j * 6 + 2] << 2) & 0x04) | ((E[j * 6 + 3] << 1) & 0x02) | ((E[j * 6 + 4] << 0) & 0x01);

int nVal = DESSBoxTable[j][nRow][nCol];

S[j / 2] |= (nVal << ((1 - (j % 2)) * 4));

}

// P盒置换

unsigned char P[4] = {0};

Permute(S, P, DESPermutationTable);

// 异或操作

XOR(L, P, L, 4);

// 交换L和R

unsigned char szTmp[8] = {0};

memcpy(szTmp, L, 4);

memcpy(L, R, 4);

memcpy(R, szTmp, 4);

}

// 合并L和R部分

unsigned char szTmp[8] = {0};

memcpy(szTmp, R, 4);

memcpy(szTmp + 4, L, 4);

Permute(szTmp, Result, DESInversePermuteTable);

}

void DES::GetSubKey(unsigned char Key[8], unsigned char SubKey[16][48])

{

unsigned char C[28] = {0};

unsigned char D[28] = {0};

// 私密密钥置换

KeyChange(Key, C, D);

// 获取16个子密钥

for (int i = 0; i < 16; i ++)

{

// 移位操作

ShiftLeft(C, 28, DESKeyShiftTable[i]);

ShiftLeft(D, 28, DESKeyShiftTable[i]);

// 合并密钥

unsigned char szTmp[56] = {0};

memcpy(szTmp, C, 28);

memcpy(szTmp + 28, D, 28);

// 置换操作

unsigned char szSubKey[48] = {0};

Permute(szTmp, szSubKey, DESKeyPermutedTable);

// 存储子密钥

memcpy(SubKey[i], szSubKey, 48);

}

}

void DES::ShiftLeft(unsigned char *pbData, int nSize, int nShift)

{

unsigned char szTmp[64] = {0};

memcpy(szTmp, pbData, nSize);

for (int i = 0; i < nSize; i ++)

{

int nIndex = (i + nShift) % nSize;

pbData[i] = szTmp[nIndex];

}

}

void DES::XOR(unsigned char *pbSrc1, unsigned char *pbSrc2, unsigned char *pbDest, int nSize)

{

for (int i = 0; i < nSize; i ++)

{

pbDest[i] = pbSrc1[i] ^ pbSrc2[i];

}

}

3. 结论

使用C++编程实现DES加密解密算法，可以让我们更深入地了解DES算法的原理，同时也为我们提供了一种安全加密数据的方式。在实际应用中，可以将DES算法的加密解密类与其他系统集成，以实现更安全更可靠的数据传输。

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