Java实现DES加密与解密教程

在Java编程语言中，实现DES（Data Encryption Standard）是一种常见的任务，尤其是在处理敏感数据加密时。DES是一种分组加密算法，由IBM公司开发并在1977年被NIST采纳为联邦标准。本文档提供了作者原创的DES加解密算法的Java实现，包括完整的代码片段和关键步骤。 首先，让我们来了解一下DES的工作原理。DES采用64位的密钥对数据进行加密，分为两个独立的56位子密钥（实际使用的是56位，但因为设计上的一些限制，实际应用中通常采用64位密钥）。它采用了16轮的迭代过程，每一轮包括了代换（Substitution boxes, S-boxes）和混洗（Permutation boxes, P-boxes）两个主要步骤。 1. **S-boxes（Substitution boxes）**：文档中提到了四个固定的S-box数组（s1, s2, s3, s4），它们用于将输入的字符替换为一个看起来随机的新值，增加加密的复杂性。这四个S-boxes是DES算法的核心组成部分，它们的作用类似于混淆函数，使得破解变得困难。 2. **P-boxes（Permutation boxes）**：文档中定义了四个P-box数组（p1, p2, p3, p4），它们通过特定的排列顺序对数据进行混洗，进一步混淆明文。这些数组中的元素对应不同的置换规则，每轮加密都会用到。 3. **密钥扩展**：DES算法需要将初始的64位密钥扩展为16轮使用的16个48位子密钥（Ki），这是通过一个叫做密钥扩展的过程实现的。该过程涉及F函数（即上面提到的s1, s2, s3, s4）和i函数的组合。 4. **加密过程**：在Java代码中，`DES`类包含了变量`k`和`s_k`用于跟踪当前轮数和S-box的轮数。每轮加密，先将明文分成两个部分（L0和R0），然后依次通过S-boxes、异或操作（XOR）、P-boxes和混合函数，最终得到新的明文。 5. **解密过程**：解密则是对加密过程的逆向操作，同样需要按照加密时的顺序执行相应的操作，只是在S-boxes和P-boxes操作后会进行异或操作的逆运算。 6. **部分缺失**：文档中提到的部分缺失可能是指没有提供将加密后的二进制字符串还原成原文的代码，因为作者编写此代码时临近考试，专注于复习，这通常是出于考试策略或者简化教学的目的。 这个Java实现的DES算法提供了基础的加密和解密功能，对于学习和理解DES算法在实际编程中的应用非常有帮助。如果需要在实际项目中使用，需要注意的是DES已被AES等更安全的算法取代，但在某些历史背景下的兼容性和教育研究中仍有其价值。