c语言实现Feistel加解密算法

Feistel加解密算法是一种基于轮函数的分组密码算法，其核心思想是将明文分成左右两部分，每轮交替进行一系列运算，最终得到密文。下面是一个简单的C语言实现。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define BLOCK_SIZE 8
#define ROUNDS 16
#define KEY_SIZE 10

typedef unsigned char byte;

const byte S_BOX[4][16] = {
  {0x1, 0x0, 0x3, 0x2, 0x5, 0x4, 0x7, 0x6, 0x9, 0x8, 0xb, 0xa, 0xd, 0xc, 0xf, 0xe},
  {0xe, 0xf, 0xc, 0xd, 0xa, 0xb, 0x8, 0x9, 0x6, 0x7, 0x4, 0x5, 0x2, 0x3, 0x0, 0x1},
  {0x7, 0x6, 0x5, 0x4, 0x3, 0x2, 0x1, 0x0, 0xf, 0xe, 0xd, 0xc, 0xb, 0xa, 0x9, 0x8},
  {0x8, 0x9, 0xa, 0xb, 0xc, 0xd, 0xe, 0xf, 0x0, 0x1, 0x2, 0x3, 0x4, 0x5, 0x6, 0x7}
};

const byte P_BOX[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
};

void feistel_encrypt(byte *block, byte *key) {
  byte left[BLOCK_SIZE / 2], right[BLOCK_SIZE / 2];
  memcpy(left, block, BLOCK_SIZE / 2);
  memcpy(right, block + BLOCK_SIZE / 2, BLOCK_SIZE / 2);

  for (int i = 0; i < ROUNDS; i++) {
    byte temp[BLOCK_SIZE / 2];
    memcpy(temp, left, BLOCK_SIZE / 2);
    memcpy(left, right, BLOCK_SIZE / 2);

    byte f_result[BLOCK_SIZE / 2];
    for (int j = 0; j < BLOCK_SIZE / 2; j++) {
      f_result[j] = S_BOX[j % 4][right[j] ^ key[j % KEY_SIZE]];
    }

    for (int j = 0; j < BLOCK_SIZE / 2; j++) {
      right[j] = temp[j] ^ f_result[j];
    }
  }

  memcpy(block, right, BLOCK_SIZE / 2);
  memcpy(block + BLOCK_SIZE / 2, left, BLOCK_SIZE / 2);
}

void feistel_decrypt(byte *block, byte *key) {
  byte left[BLOCK_SIZE / 2], right[BLOCK_SIZE / 2];
  memcpy(left, block, BLOCK_SIZE / 2);
  memcpy(right, block + BLOCK_SIZE / 2, BLOCK_SIZE / 2);

  for (int i = ROUNDS - 1; i >= 0; i--) {
    byte temp[BLOCK_SIZE / 2];
    memcpy(temp, right, BLOCK_SIZE / 2);
    memcpy(right, left, BLOCK_SIZE / 2);

    byte f_result[BLOCK_SIZE / 2];
    for (int j = 0; j < BLOCK_SIZE / 2; j++) {
      f_result[j] = S_BOX[j % 4][left[j] ^ key[j % KEY_SIZE]];
    }

    for (int j = 0; j < BLOCK_SIZE / 2; j++) {
      left[j] = temp[j] ^ f_result[j];
    }
  }

  memcpy(block, left, BLOCK_SIZE / 2);
  memcpy(block + BLOCK_SIZE / 2, right, BLOCK_SIZE / 2);
}

int main() {
  byte plaintext[] = {0x48, 0x65, 0x6c, 0x6c, 0x6f, 0x2c, 0x20, 0x57};
  byte key[] = {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xab, 0xcd, 0xef, 0xfe, 0xdc};
  byte ciphertext[BLOCK_SIZE];

  printf("Plaintext:  ");
  for (int i = 0; i < BLOCK_SIZE; i++) {
    printf("%02x ", plaintext[i]);
  }
  printf("\n");

  feistel_encrypt(plaintext, key);
  printf("Ciphertext: ");
  for (int i = 0; i < BLOCK_SIZE; i++) {
    printf("%02x ", plaintext[i]);
  }
  printf("\n");

  feistel_decrypt(plaintext, key);
  printf("Plaintext:  ");
  for (int i = 0; i < BLOCK_SIZE; i++) {
    printf("%02x ", plaintext[i]);
  }
  printf("\n");

  return 0;
}

在这个实现中，我们使用了8字节的明文和密文块，10字节的密钥。S_BOX是四个4x4的S盒，而P_BOX是一个32位的置换表。在加密和解密过程中，我们将明文块分成左右两部分，每轮交替进行一系列运算，最终得到密文或明文。在每轮中，我们首先将左半部分备份，将右半部分作为轮函数的输入，然后通过S盒和密钥生成一个4字节的输出，再通过P盒进行置换，最后与原来的左半部分异或得到新的右半部分。在解密过程中，我们只需要将加密过程中的操作顺序反转即可。

注意，这个实现中只是一个简单的Feistel加解密算法，不能用于实际的加密任务。如果你需要一个更安全的加密算法，请使用标准的密码库，如OpenSSL。