DES对称加密算法详解和c++代码实现（带样例和详细的中间数据）
特点：
1.DES是对称性加密算法，即加密和解密是对称的，用的是同一个密钥
2.DES只处理二进制数据，所以需要将明文转换成为2进制数据
3.DES每次处理64位的数据，所以应该将明文切割成64位的分组，当最后一组数据不足64位的时候，高位补0
4.DES使用64位的密钥，但因为密钥中的每8位会被忽略，所以有效的密钥长度是56位，从而产生16个48位的子密钥（变换过程后面会说明）
5.每64位数据一个块，是DES的永恒组织方式
具体样例分析：
（仅以一组64位数据为例分析加密过程）
明文M是：8787878787878787
密钥K是：0E329232EA6D0D73
上面的信息都是16进制的，转换为2进制
明文M是：0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
密钥K是：00010011 00110100 01010111 01111001 10011011 10111100 11011111 11110001
第一步：根据密钥生成16个子密钥
1.根据密钥初始置换表将64位的密钥转化为58位的密钥
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
由于上表中第一个元素为57，这将使原秘钥的第57位变换为新秘钥K+的第1位。同理，原秘钥的第49位变换为新秘钥的第2位……原秘钥的第4位变换为新秘钥的最后一位。注意原秘钥中只有56位会进入新秘钥，上表也只有56个元素。
原密钥K：00010011 00110100 01010111 01111001 10011011 10111100 11011111 11110001
新密钥K：1111000 0110011 0010101 0101111 0101010 1011001 1001111 0001111
2.将新密钥拆分成C0和D0，每组都有28位
比如新密钥
C0：1111000 0110011 0010101 0101111
D0：0101010 1011001 1001111 0001111
3.根据密钥轮次左移表，左移特定的位数
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1
比如第一轮是左移1位，第二轮也是左移1位，第三轮是左移两位
所以
C1：1110000110011001010101011111
D1：1010101011001100111100011110
下面给出C1,D1到C16，D16的数据：
C1 = 1110000110011001010101011111
D1 = 1010101011001100111100011110
C2 = 1100001100110010101010111111
D2 = 0101010110011001111000111101
C3 = 0000110011001010101011111111
D3 = 0101011001100111100011110101
C4 = 0011001100101010101111111100
D4 = 0101100110011110001111010101
C5 = 1100110010101010111111110000
D5 = 0110011001111000111101010101
C6 = 0011001010101011111111000011
D6 = 1001100111100011110101010101
C7 = 1100101010101111111100001100
D7 = 0110011110001111010101010110
C8 = 0010101010111111110000110011
D8 = 1001111000111101010101011001
C9 = 0101010101111111100001100110
D9 = 0011110001111010101010110011
C10 = 0101010111111110000110011001
D10 = 1111000111101010101011001100
C11 = 0101011111111000011001100101
D11 = 1100011110101010101100110011
C12 = 0101111111100001100110010101
D12 = 0001111010101010110011001111
C13 = 0111111110000110011001010101
D13 = 0111101010101011001100111100
C14 = 1111111000011001100101010101
D14 = 1110101010101100110011110001
C15 = 1111100001100110010101010111
D15 = 1010101010110011001111000111
C16 = 1111000011001100101010101111
D16 = 0101010101100110011110001111
需要记住的是：每一对Cn 和 Dn都是由前一对Cn-1 和 Dn-1移位而来！
4.得到Cn，Dn后合并CnDn，然后根据密钥压缩置换表将56位密钥压缩成48位的子密钥
密钥压缩置换表：
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
每对子秘钥有56位，但PC-2仅仅使用其中的48位。
于是，第n轮的新秘钥Kn 的第1位来自组合子秘钥CnDn的第14位，第2位来自第17位，依次类推，知道新秘钥的第48位来自组合秘钥的第32位。
下面给出子密钥K1到K16的数据：
K1 = 000110 110000 001011 101111 111111 000111 000001 110010
K2 = 011110 011010 111011 011001 110110 111100 100111 100101
K3 = 010101 011111 110010 001010 010000 101100 111110 011001
K4 = 011100 101010 110111 010110 110110 110011 010100 011101
K5 = 011111 001110 110000 000111 111010 110101 001110 101000
K6 = 011000 111010 010100 111110 010100 000111 101100 101111
K7 = 111011 001000 010010 110111 111101 100001 100010 111100
K8 = 111101 111000 101000 111010 110000 010011 101111 111011
K9 = 111000 001101 101111 101011 111011 011110 011110 000001
K10 = 101100 011111 001101 000111 101110 100100 011001 001111
K11 = 001000 010101 111111 010011 110111 101101 001110 000110
K12 = 011101 010111 000111 110101 100101 000110 011111 101001
K13 = 100101 111100 010111 010001 111110 101011 101001 000001
K14 = 010111 110100 001110 110111 111100 101110 011100 111010
K15 = 101111 111001 000110 001101 001111 010011 111100 001010
K16 = 110010 110011 110110 001011 000011 100001 011111 110101
到这里，16个48位的子密钥就生成了
第二步：加密数据块
1.明文初始变换，仍然是64位变为64位
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
参照上表，M的第58位成为IP的第1位，M的第50位成为IP的第2位，M的第7位成为IP的最后一位。
对明文M：0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
IP：1100 1100 0000 0000 1100 1100 1111 1111 1111 0000 1010 1010 1111 0000 1010 1010
这里M的第58位是1，变成了IP的第1位。M的第50位是1，变成了IP的第2位。M的第7位是0，变成了IP的最后一位。
2.数据分组：IP分为左半边的L0和右半边的R0
对上面的IP
L0：1100 1100 0000 0000 1100 1100 1111 1111
R0：1111 0000 1010 1010 1111 0000 1010 1010
3.16轮迭代
然后我们定义一个函数f，输入一个32位的数据和一个48位的子密钥，产生一个32位的输出
从n=1到n=16
Ln=Rn-1
Rn=Ln-1^f(Rn-1,Kn)
通俗的说就是当前迭代的L是上一次迭代的L，当前迭代的R是上一次迭代的L异或f（上次迭代的R，当前子密钥）
下面就是要了解f函数是怎么工作的了
f函数第一步：32位的数据扩展成为48位
明文扩展表：
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
对R0：1111 0000 1010 1010 1111 0000 1010 1010
扩展一下：E(R0) = 011110 100001 010101 010101 011110 100001 010101 010101
f函数第二步：将扩展的结果和48位的子密钥进行异或运算
比如，对K1 , E(R0)，我们有：
K1 = 000110 110000 001011 101111 111111 000111 000001 110010
E(R0) = 011110 100001 010101 010101 011110 100001 010101 010101
K1^E(R0) = 011000 010001 011110 111010 100001 100110 010100 100111.
f函数第三步：S盒替代，48位变成32位
一共有8个S盒，分别位S1到S8，所以48位的数据可以分为8组，每组6个数据，用a1a2a3a4a5a6表示
每组数据对应一个S盒
a1和a6组合成2进制，然后转换为10进制，代表对应S盒的行号
a2,a3,a4,a5组合成2进制，然后转换为10进制，代表对应S盒的列号
从行号和列号可以从对应的S盒中确定一个数X，X是十进制的，转化为4位的二进制输出
所以每个S盒都是输入6位，输出4位，所以最后输出的数据是4*8=32位
S1
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
S2
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
S3
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
S4
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
S5
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
S6
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
S7
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
S8
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
例子：对于第一轮，我们得到这8个S盒的输出：
K1 + E(R0) = 011000 010001 011110 111010 100001 100110 010100 100111.
S1(B1)S2(B2)S3(B3)S4(B4)S5(B5)S6(B6)S7(B7)S8(B8)= 0101 1100 1000 0010 1011 0101 1001 0111
f函数第四步：进行P盒置换，32位输入，32位输出
P盒置换表:
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
比如，对于8个S盒的输出：
S1(B1)S2(B2)S3(B3)S4(B4)S5(B5)S6(B6)S7(B7)S8(B8)= 0101 1100 1000 0010 1011 0101 1001 0111
我们得到
f = 0010 0011 0100 1010 1010 1001 1011 1011
f函数到此结束
那么，得到当前迭代的R
R1 = L0 ^ f(R0 , K1 )
= 1100 1100 0000 0000 1100 1100 1111 1111
+ 0010 0011 0100 1010 1010 1001 1011 1011
= 1110 1111 0100 1010 0110 0101 0100 0100
在下一轮迭代中，我们的L2 = R1，这就是我们刚刚计算的结果。之后我们必须计算R2 =L1 + f(R1, K2)，一直完成16个迭代。在第16个迭代之后，我们有了区块L16 and R16。
下面给出L1,R1到L16，R16的数据：
L[1]:11110000101010101111000010101010
R[1]:11101111010010100110010101000100
L[2]:11101111010010100110010101000100
R[2]:11001100000000010111011100001001
L[3]:11001100000000010111011100001001
R[3]:10100010010111000000101111110100
L[4]:10100010010111000000101111110100
R[4]:01110111001000100000000001000101
L[5]:01110111001000100000000001000101
R[5]:10001010010011111010011000110111
L[6]:10001010010011111010011000110111
R[6]:11101001011001111100110101101001
L[7]:11101001011001111100110101101001
R[7]:00000110010010101011101000010000
L[8]:00000110010010101011101000010000
R[8]:11010101011010010100101110010000
L[9]:11010101011010010100101110010000
R[9]:00100100011111001100011001111010
L[10]:00100100011111001100011001111010
R[10]:10110111110101011101011110110010
L[11]:10110111110101011101011110110010
R[11]:11000101011110000011110001111000
L[12]:11000101011110000011110001111000
R[12]:01110101101111010001100001011000
L[13]:01110101101111010001100001011000
R[13]:00011000110000110001010101011010
L[14]:00011000110000110001010101011010
R[14]:11000010100011001001011000001101
L[15]:11000010100011001001011000001101
R[15]:01000011010000100011001000110100
L[16]:01000011010000100011001000110100
R[16]:00001010010011001101100110010101
4.逆转区位和最终变换
逆转区位：64位输出：R16+L16
然后将R16L16组合的64位数据进行最终置换，64位->64位
最终置换表：
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
比如，如果我们使用了上述方法得到了第16轮的左右两个区块：
- L16 = 0100 0011 0100 0010 0011 0010 0011 0100
- R16 = 0000 1010 0100 1100 1101 1001 1001 0101
我们将这两个区块调换位置，然后执行最终变换：
- R16L16 = 00001010 01001100 11011001 10010101 01000011 01000010 00110010 00110100
- IP-1 = 10000101 11101000 00010011 01010100 00001111 00001010 10110100 00000101
写成16进制得到：
- 85E813540F0AB405
这就是明文M = 0123456789ABCDEF的加密形式C = 85E813540F0AB405。
下面我将给出明文M和密钥K加密出密文C的所有中间数据！！！！
二进制明文:0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111 二进制密文:0001001100110100010101110111100110011011101111001101111111110001 16个子密钥: K1:000110110000001011101111111111000111000001110010 K2:011110011010111011011001110110111100100111100101 K3:010101011111110010001010010000101100111110011001 K4:011100101010110111010110110110110011010100011101 K5:011111001110110000000111111010110101001110101000 K6:011000111010010100111110010100000111101100101111 K7:111011001000010010110111111101100001100010111100 K8:111101111000101000111010110000010011101111111011 K9:111000001101101111101011111011011110011110000001 K10:101100011111001101000111101110100100011001001111 K11:001000010101111111010011110111101101001110000110 K12:011101010111000111110101100101000110011111101001 K13:100101111100010111010001111110101011101001000001 K14:010111110100001110110111111100101110011100111010 K15:101111111001000110001101001111010011111100001010 K16:110010110011110110001011000011100001011111110101 明文初始置换结果(64->64):1100110000000000110011001111111111110000101010101111000010101010 L0:11001100000000001100110011111111 R0:11110000101010101111000010101010 第1次迭代 32位数据扩展为48位结果:011110100001010101010101011110100001010101010101 密钥和扩展数据异或结果:011000010001011110111010100001100110010100100111 S盒替代结果(48->32):01011100100000101011010110010111 P盒替代结果(32->32):00100011010010101010100110111011 L[1]:11110000101010101111000010101010 R[1]:11101111010010100110010101000100 第2次迭代 32位数据扩展为48位结果:011101011110101001010100001100001010101000001001 密钥和扩展数据异或结果:000011000100010010001101111010110110001111101100 S盒替代结果(48->32):11111000110100000011101010101110 P盒替代结果(32->32):00111100101010111000011110100011 L[2]:11101111010010100110010101000100 R[2]:11001100000000010111011100001001 第3次迭代 32位数据扩展为48位结果:111001011000000000000010101110101110100001010011 密钥和扩展数据异或结果:101100000111110010001000111110000010011111001010 S盒替代结果(48->32):00100111000100001110000101101111 P盒替代结果(32->32):01001101000101100110111010110000 L[3]:11001100000000010111011100001001 R[3]:10100010010111000000101111110100 第4次迭代 32位数据扩展为48位结果:010100000100001011111000000001010111111110101001 密钥和扩展数据异或结果:001000101110111100101110110111100100101010110100 S盒替代结果(48->32):00100001111011011001111100111010 P盒替代结果(32->32):10111011001000110111011101001100 L[4]:10100010010111000000101111110100 R[4]:01110111001000100000000001000101 第5次迭代 32位数据扩展为48位结果:101110101110100100000100000000000000001000001010 密钥和扩展数据异或结果:110001100000010100000011111010110101000110100010 S盒替代结果(48->32):01010000110010000011000111101011 P盒替代结果(32->32):00101000000100111010110111000011 L[5]:01110111001000100000000001000101 R[5]:10001010010011111010011000110111 第6次迭代 32位数据扩展为48位结果:110001010100001001011111110100001100000110101111 密钥和扩展数据异或结果:101001101110011101100001100000001011101010000000 S盒替代结果(48->32):01000001111100110100110000111101 P盒替代结果(32->32):10011110010001011100110100101100 L[6]:10001010010011111010011000110111 R[6]:11101001011001111100110101101001 第7次迭代 32位数据扩展为48位结果:111101010010101100001111111001011010101101010011 密钥和扩展数据异或结果:000110011010111110111000000100111011001111101111 S盒替代结果(48->32):00010000011101010100000010101101 P盒替代结果(32->32):10001100000001010001110000100111 L[7]:11101001011001111100110101101001 R[7]:00000110010010101011101000010000 第8次迭代 32位数据扩展为48位结果:000000001100001001010101010111110100000010100000 密钥和扩展数据异或结果:111101110100100001101111100111100111101101011011 S盒替代结果(48->32):01101100000110000111110010101110 P盒替代结果(32->32):00111100000011101000011011111001 L[8]:00000110010010101011101000010000 R[8]:11010101011010010100101110010000 第9次迭代 32位数据扩展为48位结果:011010101010101101010010101001010111110010100001 密钥和扩展数据异或结果:100010100111000010111001010010001001101100100000 S盒替代结果(48->32):00010001000011000101011101110111 P盒替代结果(32->32):00100010001101100111110001101010 L[9]:11010101011010010100101110010000 R[9]:00100100011111001100011001111010 第10次迭代 32位数据扩展为48位结果:000100001000001111111001011000001100001111110100 密钥和扩展数据异或结果:101000010111000010111110110110101000010110111011 S盒替代结果(48->32):11011010000001000101001001110101 P盒替代结果(32->32):01100010101111001001110000100010 L[10]:00100100011111001100011001111010 R[10]:10110111110101011101011110110010 第11次迭代 32位数据扩展为48位结果:010110101111111010101011111010101111110110100101 密钥和扩展数据异或结果:011110111010000101111000001101000010111000100011 S盒替代结果(48->32):01110011000001011101000100000001 P盒替代结果(32->32):11100001000001001111101000000010 L[11]:10110111110101011101011110110010 R[11]:11000101011110000011110001111000 第12次迭代 32位数据扩展为48位结果:011000001010101111110000000111111000001111110001 密钥和扩展数据异或结果:000101011101101000000101100010111110010000011000 S盒替代结果(48->32):01111011100010110010011000110101 P盒替代结果(32->32):11000010011010001100111111101010 L[12]:11000101011110000011110001111000 R[12]:01110101101111010001100001011000 第13次迭代 32位数据扩展为48位结果:001110101011110111111010100011110000001011110000 密钥和扩展数据异或结果:101011010111100000101011011101011011100010110001 S盒替代结果(48->32):10011010110100011000101101001111 P盒替代结果(32->32):11011101101110110010100100100010 L[13]:01110101101111010001100001011000 R[13]:00011000110000110001010101011010 第14次迭代 32位数据扩展为48位结果:000011110001011000000110100010101010101011110100 密钥和扩展数据异或结果:010100000101010110110001011110000100110111001110 S盒替代结果(48->32):01100100011110011001101011110001 P盒替代结果(32->32):10110111001100011000111001010101 L[14]:00011000110000110001010101011010 R[14]:11000010100011001001011000001101 第15次迭代 32位数据扩展为48位结果:111000000101010001011001010010101100000001011011 密钥和扩展数据异或结果:010111111100010111010100011101111111111101010001 S盒替代结果(48->32):10110010111010001000110100111100 P盒替代结果(32->32):01011011100000010010011101101110 L[15]:11000010100011001001011000001101 R[15]:01000011010000100011001000110100 第16次迭代 32位数据扩展为48位结果:001000000110101000000100000110100100000110101000 密钥和扩展数据异或结果:111010110101011110001111000101000101011001011101 S盒替代结果(48->32):10100111100000110010010000101001 P盒替代结果(32->32):11001000110000000100111110011000 L[16]:01000011010000100011001000110100 R[16]:00001010010011001101100110010101 R16L16:0000101001001100110110011001010101000011010000100011001000110100 最终置换结果:1000010111101000000100110101010000001111000010101011010000000101 密文（二进制）:1000010111101000000100110101010000001111000010101011010000000101 密文（16进制）：85E813540F0AB405
关于解密：解密只要将密文看作明文，然后子密钥逆序使用就可以还原成为明文，因为DES是对称加密算法！
C++代码实现：
/************************************************************************* > File Name: DES.cpp > Author: YB > E-mail: 1348756432@qq.com > Created Time: 2019年03月01日 星期五 ************************************************************************/ #include <bits/stdc++.h> using namespace std; /** *数据初始置换表 */ int T1[8][8]={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}; /** *密钥初始置换表 */ int T2[8][7]={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, 3,55,47,39,31,23,15, 7,62,54,46,38,30,22, 14,6,61,53,45,37,29, 21,13,5,28,20,12,4}; /** *密钥循环左移位数表 */ int T3[16]={1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1}; /** *密钥压缩置换表 */ int T4[8][6]={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}; /** *数据扩展表 */ int T5[8][6]={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盒置换表 */ int S[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盒置换表 */ int P[4][8]={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}; /** *最终置换表 */ int T6[8][8]={ 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}; /** *最终置换函数 64位->64位 *函数说明：s为完成最后一轮循环得到的64为数据 *返回值为密文或明文 */ string final_permutation(string s) { string rs=""; for(int i=0;i<8;i++) { for(int j=0;j<8;j++) { rs+=s[T6[i][j]-1]; } } return rs; } /** *P盒置换函数 32位->32位 *函数说明：s为S盒的输出 */ string P_box(string s) { string rs=""; for(int i=0;i<4;i++) { for(int j=0;j<8;j++) { rs+=(s[P[i][j]-1]); } } return rs; } /** *S盒置换函数 48位->32位 *函数说明：s为48位数据 *返回值为32位 */ string S_box(string s) { string rs=""; string s1; int k1,k2;//S盒的行号和列号 int h=1;//决定使用那个S盒 for(int i=0;i<=42;i=i+6,h++) { k1=(s[i]-'0')*2+(s[i+5]-'0')*1; k2=(s[i+1]-'0')*8+(s[i+2]-'0')*4+(s[i+3]-'0')*2+(s[i+4]-'0')*1; int x=S[h-1][k1][k2]; s1=""; int y=8; for(int j=1;j<=4;j++) { if(x<y) { s1+="0"; y/=2; }else { s1+="1"; x=x%y; y/=2; } } rs+=s1; } return rs; } /** *异或运算函数 *要求位数相同 */ string XOR(string s1,string s2) { string rs=""; for(int i=0;i<s1.length()&&i<s2.length();i++) { rs+=((s1[i]-'0')^(s2[i]-'0'))+'0'; } return rs; } /** *数据扩展函数 32->48 *函数说明：s为数据的右半部分 32位 *扩展成48位的输出 */ string plaintext_righthalf_extended_permutation(string s) { string rs=""; for(int i=0;i<8;i++) { for(int j=0;j<6;j++) { rs+=s[T5[i][j]-1]; } } return rs; } /** *密钥压缩置换函数 56位->48位 *函数说明：s为56为的密钥 *输出为48位的子密钥 */ string secret_key_compression_replacement(string s) { string rs=""; for(int i=0;i<8;i++) { for(int j=0;j<6;j++) { rs+=s[T4[i][j]-1]; } } return rs; } /** *密钥循环左移函数 56位->56位 *函数说明：k为左移位数 s为密钥 *返回值位数不变 */ string secret_ket_left_move(int k,string s)//密钥循环左移k位 { string s1=s.substr(0,28); string s2=s.substr(28,28); string rs=s1.substr(k,28-k)+s1.substr(0,k)+s2.substr(k,28-k)+s2.substr(0,k); return rs; } /** *密钥初始置换函数 64位->58位 *函数说明：s为64位的初始密钥 *返回值为58位 */ string secret_key_initial_permutation(string s) { string rs=""; for(int i=0;i<8;i++) { for(int j=0;j<7;j++) { rs+=s[T2[i][j]-1]; } } return rs; } /** *明文初始置换函数 64位->64位 *函数说明：s为初始明文 64位 *返回值为6位 */ string plaintext_initial_permutation(string s)//明文初始置换 { string rs=""; for(int i=0;i<8;i++) { for(int j=0;j<8;j++) { rs+=s[T1[i][j]-1]; } } return rs; } /** *16进制转2进制函数 *函数说明：s为16进制字符串 *返回为2进制字符串 */ string H(string s) { string s1; string rs=""; for(int i=0;i<s.length();i++) { int x; if(s[i]>='0'&&s[i]<='9') { x=s[i]-'0'; }else { x=s[i]-'A'+10; } s1=""; int y=8; for(int j=1;j<=4;j++) { if(x<y) { y/=2; s1+="0"; }else { s1+="1"; x=x%y; y=y/2; } } rs+=s1; } return rs; } /** *2进制转16进制函数 *str为2进制字符串 *返回值为16进制字符串 */ string G(string str) { string rs=""; char temp; for(int i=0;i<=str.length()-4;i=i+4) { int x=(str[i]-'0')*8+(str[i+1]-'0')*4+(str[i+2]-'0')*2+str[i+3]-'0'; if(x>=10) { temp=(char)(x-10+'A'); }else { temp=(char)(x+'0'); } rs+=temp; } return rs; } /** *封装函数f *函数说明：接收32位数据和48位的子密钥 产生一个32位的输出 *str1:32位数据 str2:48位的子密钥 *返回值32位 */ string f(string str1,string str2) { string expendR=plaintext_righthalf_extended_permutation(str1); cout<<"32位数据扩展为48位结果:"<<expendR<<endl; string rs=XOR(expendR,str2); cout<<"密钥和扩展数据异或结果:"<<rs<<endl; rs=S_box(rs); cout<<"S盒替代结果(48->32):"<<rs<<endl; rs=P_box(rs); cout<<"P盒替代结果(32->32):"<<rs<<endl; return rs; } /** *子密钥生成函数 *函数说明：s为给定的密钥 *生成16个子密钥 */ string Keys[20]; void generateKeys(string s) { s=secret_key_initial_permutation(s); for(int i=1;i<=16;i++) { s=secret_ket_left_move(T3[i-1],s); Keys[i]=secret_key_compression_replacement(s); cout<<"K"<<i<<":"<<Keys[i]<<endl; } cout<<endl; } /** *DES加密函数 64位->64位 *函数说明：str1为64位的给定明文 *返回值为64位的密文 */ string encrypt(string str1) { //第一步:明文初始置换 64->64 str1=plaintext_initial_permutation(str1); cout<<"明文初始置换结果(64->64):"<<str1<<endl<<endl; //第二步:数据分组 string left=str1.substr(0,32); string right=str1.substr(32,32); cout<<"L0:"<<left<<endl; cout<<"R0:"<<right<<endl<<endl; string newleft; //第三步:16轮迭代 for(int i=1;i<=16;i++) { cout<<"第"<<i<<"次迭代"<<endl; newleft=right; right=XOR(left,f(right,Keys[i])); left=newleft; cout<<"L["<<i<<"]:"<<left<<endl; cout<<"R["<<i<<"]:"<<right<<endl<<endl; } //第四步:合并数据 注意位R16L16 string rs=right+left; cout<<"R16L16:"<<rs<<endl<<endl; //结尾置换 rs=final_permutation(rs); cout<<"最终置换结果:"<<rs<<endl<<endl; return rs; } /** *解密函数 *str为密文 *输出明文 */ string decrypt(string str) { //把密文当作明文进行初始明文置换 str=plaintext_initial_permutation(str); cout<<"密文当作明文初始置换结果(64->64):"<<str<<endl<<endl; //分组 string left=str.substr(0,32); string right=str.substr(32,32); cout<<"L0:"<<left<<endl; cout<<"R0:"<<right<<endl<<endl; string newleft; //逆序的子密钥使用 16轮迭代 for(int i=16;i>=1;i--) { cout<<"第"<<17-i<<"次迭代"<<endl; newleft=right; right=XOR(left,f(right,Keys[i])); left=newleft; cout<<"L["<<17-i<<"]:"<<left<<endl; cout<<"R["<<17-i<<"]:"<<right<<endl<<endl; } //合并 string rs=right+left; cout<<"R16L16:"<<rs<<endl<<endl; //最后置换 rs=final_permutation(rs); cout<<"最终置换结果:"<<rs<<endl<<endl; return rs; } int main() { //明文 16进制 string str1="0123456789ABCDEF"; //密钥16进制 string str2="133457799BBCDFF1"; string temp=str1;//保存十六进制的明文以便后面验证算法正确性 //进制转换 16->2 str1=H(str1); str2=H(str2); cout<<"二进制明文:"<<str1<<endl; cout<<"二进制密文:"<<str2<<endl<<endl; cout<<"16个子密钥:"<<endl; //生成16个子密钥 generateKeys(str2); //加密 string rs=encrypt(str1); cout<<"密文（二进制）:"<<rs<<endl; cout<<"密文（16进制）："<<G(rs)<<endl; cout<<"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"<<endl<<"下面是解密过程数据"<<endl<<endl; //解密 rs=decrypt(rs); cout<<"明文（二进制）:"<<rs<<endl; //进制转换 rs=G(rs); cout<<"明文（16进制）："<<rs<<endl; if(temp==rs) cout<<"解密得到的明文和初始明文匹配成功，算法正确"<<endl; else cout<<"解密得到的明文和初始明文匹配不成功，算法错误"<<endl; return 0; }
