des算法的实现c++

时间: 2024-05-06 11:15:57 浏览: 16
DES(Data Encryption Standard)是一种对称加密算法,下面是一个简单的DES算法的实现(只用于学习和了解,不适用于实际加密): ```c++ #include <iostream> #include <bitset> #include <cstring> using namespace std; // 初始置换表 const int IP[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 }; // 逆初始置换表 const int IP_INV[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 }; // 扩展置换表 const int E[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 }; // S盒 const int S_BOX[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} } }; // P盒 const int P[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 }; // 密钥置换表 const int KEY_PC1[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 }; // 子密钥置换表 const int KEY_PC2[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 }; // 循环左移位数表 const int KEY_SHIFT[16] = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1 }; // 将64位明文/密文分为左右两部分(各32位) void split(string msg, bitset<32>& left, bitset<32>& right) { for (int i = 0; i < 32; i++) { left[i] = msg[i]; right[i] = msg[i + 32]; } } // 将左右两部分合并为64位明文/密文 string merge(bitset<32> left, bitset<32> right) { string res; for (int i = 0; i < 32; i++) { res += left[i] ? '1' : '0'; } for (int i = 0; i < 32; i++) { res += right[i] ? '1' : '0'; } return res; } // 初始置换 void IP_transform(string& msg) { string res(64, '0'); for (int i = 0; i < 64; i++) { res[i] = msg[IP[i] - 1]; } msg = res; } // 逆初始置换 void IP_INV_transform(string& msg) { string res(64, '0'); for (int i = 0; i < 64; i++) { res[i] = msg[IP_INV[i] - 1]; } msg = res; } // 扩展置换 bitset<48> E_transform(bitset<32> right) { bitset<48> res; for (int i = 0; i < 48; i++) { res[47 - i] = right[32 - E[i]]; } return res; } // S盒变换 bitset<32> S_transform(bitset<48> right) { bitset<32> res; for (int i = 0; i < 8; i++) { int row = right[47 - i * 6] * 2 + right[47 - i * 6 - 5]; int col = right[47 - i * 6 - 1] * 8 + right[47 - i * 6 - 2] * 4 + right[47 - i * 6 - 3] * 2 + right[47 - i * 6 - 4]; int num = S_BOX[i][row][col]; for (int j = 3; j >= 0; j--) { res[31 - i * 4 - j] = num % 2; num /= 2; } } return res; } // P盒变换 bitset<32> P_transform(bitset<32> right) { bitset<32> res; for (int i = 0; i < 32; i++) { res[31 - i] = right[32 - P[i]]; } return res; } // 生成子密钥 void generate_sub_key(string key, string sub_key[16]) { bitset<56> key_bitset; bitset<28> left, right; for (int i = 0; i < 56; i++) { key_bitset[55 - i] = key[KEY_PC1[i] - 1] == '1'; } for (int i = 0; i < 28; i++) { left[27 - i] = key_bitset[55 - i]; right[27 - i] = key_bitset[27 - i]; } for (int i = 0; i < 16; i++) { left = ((left << KEY_SHIFT[i]) & 0xfffffff) | (left >> (28 - KEY_SHIFT[i])); right = ((right << KEY_SHIFT[i]) & 0xfffffff) | (right >> (28 - KEY_SHIFT[i])); bitset<56> merge_key(left.to_ulong()); merge_key <<= 28; merge_key |= bitset<56>(right.to_ulong()); for (int j = 0; j < 48; j++) { sub_key[i][j] = merge_key[55 - KEY_PC2[j]] ? '1' : '0'; } } } // DES加密 string des_encrypt(string plaintext, string key) { string sub_key[16]; generate_sub_key(key, sub_key); IP_transform(plaintext); bitset<32> left, right, new_left; split(plaintext, left, right); for (int i = 0; i < 16; i++) { new_left = right; right = P_transform(S_transform(E_transform(right) ^ bitset<48>(sub_key[i]))); right ^= left; left = new_left; } string ciphertext = merge(right, left); IP_INV_transform(ciphertext); return ciphertext; } // DES解密 string des_decrypt(string ciphertext, string key) { string sub_key[16]; generate_sub_key(key, sub_key); IP_transform(ciphertext); bitset<32> left, right, new_right; split(ciphertext, left, right); for (int i = 15; i >= 0; i--) { new_right = left; left = P_transform(S_transform(E_transform(left) ^ bit

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