21xrx.com
2024-12-22 17:03:11 Sunday
登录
文章检索 我的文章 写文章
C++实现DES算法
2023-07-06 22:21:15 深夜i     --     --
C++ DES算法 加密 解密 数据安全

DES（Data Encryption Standard）是一种对称加密算法，用于保护数据的安全性。C++作为一种高级编程语言，可以方便地实现DES算法。

DES算法使用了一个称为S盒的置换表，将64位的输入数据分成16块，每块由48位的掩码进行扩展。 掩码的一些位将被复制，而其他的一些位将被舍弃，得到48位的掩码。 接着，使用密钥和48位的掩码作为输入来生成一个48位的密钥。 在进行明文加密时，使用密钥和数据块分别输入16个S盒，生成16个48位输出。 最后，这16个48位的输出块通过置换表再次置换，与之前的64位输入区块组合起来，得到密文。

下面是使用C++实现DES算法的代码示例：



#include <iostream>


#include <string>


#include <cstring>


#include <bitset>


#include <cstdio>


#include <ctime>


#define KEY_SIZE 64


#define BLOCK_SIZE 64


#define ROUND 16


using namespace std;


// Initial Permutation Table


int IP[] = 31;


// Inverse Initial Permutation Table


int IP1[] = 1;


// Permutation Table


int P[] = 17;


// Expansion Table


int E[] = 24;


// S-boxes (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8)


int S_Box[9][4][16] = {


  // S1


  {


     6,


     12,


     7,


     14


  },


  // S2


  {


     7,


     3,


     5,


     2


  },


  // S3


  {


     10,


     15,


     5,


     7


  },


  // S4


  {


     11,


     3,


     3,


     14


  },


  // S5


  {


     2,


     6 ,


     14 ,


     7


  },


  // S6


  {


     14,


     8 ,


     12,


     4


  },


  // S7


  {


     6,


     15,


     6,


     11


  },


  // S8


  {


     9,


     14,


     15,


     2


  }


};


bitset<64> plaintext, ciphertext, key1, key2;


//Get 64-bit key from user


void get_key_from_user() {


  string key_input;


  cout << "Enter key of length 8 characters: " << endl;


  cin >> key_input;


  while (key_input.size() != 8)


    cout << "Invalid key entered. Please enter a key of length 8 characters: " << endl;


    cin >> key_input;


  


  bitset<64> key(key_input.c_str()[0]);


  for (int i = 1; i < 8; i++) {


    key = (key << 8) | bitset<64>(key_input.c_str()[i]);


  }


  key1 = permute(key, IP);


  generate_keys(key1);


  key2 = permute(key1, P);


}


//Generate two keys from initial key


void generate_keys(bitset<64> key) {


  bitset<28> left_part = key.to_string().substr(0, 28); //Get the left half of the key


  bitset<28> right_part = key.to_string().substr(28, 28); //Get the right half of the key


  for (int i = 0; i < ROUND; i++) {


    //Circular shift the halves


    left_part = left_part << 1;


    right_part = right_part << 1;


    if (left_part[0] == 1) left_part[28] = 1;


    if (right_part[0] == 1) right_part[28] = 1;


    bitset<56> combined_key = left_part.to_ulong();


    combined_key = (combined_key << 28) | right_part.to_ulong();


    bitset<48> sub_key = permute(combined_key, E);


    sub_key = sub_key ^ key2.to_ulong();


    int row = (sub_key[47] << 1) | sub_key[42];


    int col = (sub_key[46] << 3) | (sub_key[45] << 2) | (sub_key[44] << 1) | sub_key[43];


    int val = S_Box[i + 1][row][col];


    bitset<4> binary(val);


    bitset<48> binary_sub_key(sub_key.to_ulong());


    for (int j = 0; j < 4; j++) {


      binary_sub_key[(7 - j) * 4 + 3] = binary[j];


    }


    key2 = permute(binary_sub_key, P);


  }


}


//64-bit Initial Permutation IP


bitset<64> permute(bitset<64> data, int *table, int size = 64) {


  bitset<64> result;


  for (int i = 0; i < size; i++) {


    result[i] = data[table[i] - 1];


  }


  return result;


}


//Apply the encryption algorithm on plaintext and return ciphertext


bitset<64> encrypt(bitset<64> plaintext) {


  bitset<64> block = permute(plaintext, IP);


  bitset<32> left_half = block.to_string().substr(0, 32);


  bitset<32> right_half = block.to_string().substr(32, 32);


  bitset<48> sub_key;


  for (int i = ROUND - 1; i >= 0; i--) {


    bitset<32> temp = right_half;


    sub_key = permute(right_half, E) ^ key2; //Permuted Choice 2 (PC-2)


    int row = (sub_key[47] << 1) | sub_key[42];


    int col = (sub_key[46] << 3) | (sub_key[45] << 2) | (sub_key[44] << 1) | sub_key[43];


    int val = S_Box[i + 1][row][col];


    bitset<4> binary(val);


    bitset<32> new_right_half = permute(binary.to_ulong(), P) ^ left_half;


    left_half = temp;


    right_half = new_right_half;


  }


  block = right_half.to_ulong();


  block = (block << 32) | left_half.to_ulong();


  ciphertext = permute(block, IP1);


  return ciphertext;


}


int main() {


  string plaintext_input;


  cout << "Enter plaintext of length 8 characters: " << endl;


  cin >> plaintext_input;


  while (plaintext_input.size() != 8)


    cout << "Invalid plaintext entered. Please enter plaintext of length 8 characters: " << endl;


    cin >> plaintext_input;


  


  bitset<64> plaintext(plaintext_input.c_str()[0]);


  for (int i = 1; i < 8; i++) {


    plaintext = (plaintext << 8) | bitset<64>(plaintext_input.c_str()[i]);


  }


  get_key_from_user();


  encrypt(plaintext);


  cout << "Cipher text: ";


  for (int i = 0; i < 8; i++) {


    printf("%02X ", ciphertext.to_string().substr(i * 8, 8).to_ulong());


  }


  cout << endl;


  return 0;


}

在这个例子中，我们首先从用户处获取一个长度为8的密钥，并使用Initial Permutation table将其重排。然后，使用这个密钥来生成两个48位的子密钥。在加密过程中，我们首先使用Initial Permutation table将64位明文重排，然后使用S盒进行16轮的加密。最后，使用Inverse Initial Permutation table将密文重新排列，并在控制台上输出。

需要注意的是，这是一个演示程序，目的是介绍DES算法。实际应用中，需要考虑更多的因素，比如安全性、性能等。因此，如果您要使用DES算法来保护您的数据，请在您的应用程序中使用由专业安全人员编写的可信的加密库。

  
  

评论区

{{item['qq_nickname']}}
()
回复
回复