DES算法C++代码实现-密码学

灰太狼 2022-07-15 01:54 194阅读 0赞

DES算法

#include <iostream>
    #include <cstdlib>
    #include <cstdio>
    #include <bitset>
    #include <cstring>
    using namespace std;
    
    int ss[8][4][16];//S盒
    void Init(int in[],int out[],int ip[],int l[],int r[],int e[], int k[],int kk[],int kcd[],int pc1[],int pc2[],int c[],int d[],int cc[],int dd[],int p[],int fp[],int fout[],int nip[]) //初始化
    {
    
        for(int i=0; i<64; ++i)
            cin>>in[i];//加密明文
        for(int i=0; i<64; ++i)
            cin>>ip[i];//初始置换IP
        for(int i=0; i<48; ++i)
            cin>>e[i];//轮函数置换E
        for(int i=0; i<64; ++i)
            cin>>k[i];
        for(int i=0; i<56; ++i)
            cin>>pc1[i];//置换选择1
        for(int i=0; i<48; ++i)
            cin>>pc2[i];//置换选择2
        for(int i=0; i<32; ++i)
            cin>>p[i];
        for(int i=0; i<64; ++i)
            cin>>nip[i];
        for(int u=0; u<8; ++u)//S盒
            for(int i=0; i<4; ++i)
                for(int j=0; j<16; ++j)
                    cin>>ss[u][i][j];
    }
    
    void ShiftIP(int in[],int out[],int n,int ip[])//初始置换IP
    {
        for(int i=0; i<n; ++i)
            out[i]=in[ip[i]-1];
        cout<<"初始置换IP：";
        for(int i=0; i<64; ++i)
            cout<<out[i];
        puts("");
        puts("");
    }
    
    void SplitLR(int out[],int l[],int r[],int n)//分割成L0和R0
    {
        for(int i=0; i<n/2; ++i)
            l[i]=out[i];
        int j=0;
        for(int i=n/2; i<n; ++i)
            r[j++]=out[i];
    }
    void ShiftPC1(int k[],int pc1[],int kk[])//K置换选择1
    {
        for(int i=0; i<56; ++i)
            kk[i]=k[pc1[i]-1];
    }
    void SplitCD(int kk[],int c[],int d[])//子密钥分割
    {
        for(int i=0; i<28; ++i)
            c[i]=kk[i];
        int j=0;
        for(int i=28; i<56; ++i)
            d[j++]=kk[i];
    }
    void LS(int pos,int c[],int d[],int cc[],int dd[])//循环左移pos个位置
    {
        for(int i=0; i<28; ++i)
            cc[i]=c[(i+pos)%28];
        for(int i=0; i<28; ++i)
            dd[i]=d[(i+pos)%28];
        for(int i=0; i<28; ++i)
            c[i]=cc[i];
        for(int i=0; i<28; ++i)
            d[i]=dd[i];
    }
    void ShiftPC2(int k[],int pc2[],int kk[])//K置换选择2
    {
        for(int i=0; i<48; ++i)
            kk[i]=k[pc2[i]-1];
    }
    void Wheetemp(int r[],int e[],int r1[])//1.轮函数置换
    {
        for(int i=0; i<48; ++i)
            r1[i]=r[e[i]-1];
        cout<<"E(R)：";
        for(int i=0; i<48; ++i)
            cout<<r1[i];
        puts("");
    }
    
    void SBox(int r1[],int fp[])//S盒
    {
        int s[6],j=0,si=0,cp=0;
        memset(s,0,sizeof(s));
        for(int i=0; i<48; ++i)
        {
            s[j++]=r1[i];
            if((i!=0&&(i+1)%6==0)||i==47)//每6个为一组
            {
                j=0;
                int row=s[0]*2+s[5];
                int col=s[1]*8+s[2]*4+s[3]*2+s[4];
                //cout<<"ss["<<si<<"]["<<row<<"]["<<col<<"]="<<ss[si][row][col]<<endl;
                bitset<4>s(ss[si][row][col]);//声明bitset，并指定要转换的数p和位数4
                ++si;
                string c=s.to_string<char,char_traits<char>,allocator<char> >();//bitset转成二进制字符串
                for(int u=0; u<c.size(); ++u)
                    fp[cp++]=int(c[u])-'0';
            }
        }
    
    }
    void Wheel2(int r1[],int kcd[],int fp[])//2.轮函数置换
    {
        for(int i=0; i<48; ++i)
            r1[i]^=kcd[i];//异或运算
        cout<<"^K1：";
        for(int i=0; i<48; ++i)
            cout<<r1[i];
        puts("");
        SBox(r1,fp);
        cout<<"S盒：";
        for(int i=0; i<32; ++i)
            cout<<fp[i];
        puts("");
    }
    void Wheel3(int fp[],int fout[],int p[])//3.轮函数置换P运算
    {
        for(int i=0; i<32; ++i)
            fout[i]=fp[p[i]-1];
        cout<<"f(R[i-1],K[i])：";
        for(int i=0; i<32; ++i)
            cout<<fout[i];
        puts("");
    }
    
    void f(int r[],int e[],int r1[],int kcd[],int fp[],int p[],int fout[])//轮函数置换
    {
        Wheetemp(r,e,r1);//1.轮函数置换
        Wheel2(r1,kcd,fp);//2.轮函数置换
        Wheel3(fp,fout,p);//3.轮函数置换
    }
    void ShiftNIP(int nin[],int nout[],int n,int nip[])//逆初始置换IP^(-1)
    {
        for(int i=0; i<64; ++i)
            nout[i]=nin[nip[i]-1];
    }
    int main()
    {
    #ifdef ONLINE_JUDGE
    #else
        freopen("D:/x/read.txt","r",stdin);
        freopen("D:/x/out.txt","w",stdout);
    #endif
        int in[64],out[64];//明文、初始置换IP后
        int ip[64];//初始置换IP
        int l[64/2],r[64/2];//置换输出数据分成两半
        int e[48];//轮函数置换E
        int k[64],kk[56],kcd[48];//原密钥，置换选择1后，置换选择2后
        int pc1[56],pc2[48];//置换选择1、2
        int c[28],d[28];//子密钥置换选择1后分成两半
        int cc[28],dd[28];//循环左移
        int p[32],fp[32],fout[32];//置换P，S盒代换运算，置换P运算
        int nip[64];//逆初始置换IP^(-1)
        Init(in,out,ip,l,r,e,k, kk, kcd, pc1, pc2, c, d, cc, dd, p, fp, fout, nip);//数组赋值初始化
        ShiftIP(in,out,64,ip);//初始置换IP
        SplitLR(out,l,r,64);//分割成L0和R0
        ShiftPC1(k,pc1,kk);//K置换选择1
        SplitCD(kk,c,d);//子密钥分割
        int temp[32],r1[48];
        /******计算函数的16轮迭代******/
        for(int i=1; i<=16; ++i)
        {
            if(i==1||i==2||i==9||i==16)//循环左移一个位置
                LS(1,c,d,cc,dd);//c和d数组循环左移1个位置后存入cc和dd数组
            else //循环左移两个位置
                LS(2,c,d,cc,dd);//循环左移2个位置
            for(int j=0; j<28; ++j)
                kk[j]=cc[j];
            int u=0;
            for(int j=28; j<56; ++j)
                kk[j]=dd[u++];
            ShiftPC2(kk,pc2,kcd);//K置换选择2
            cout<<"K["<<i<<"]：";
            for(int j=0; j<48; ++j)
                cout<<kcd[j];
            puts("");
            for(int j=0; j<32; ++j)
                temp[j]=r[j];//临时存储R[i-1]
            f(r,e,r1,kcd,fp,p,fout);//轮函数置换
            for(int j=0; j<32; ++j)
            {
                fout[j]^=l[j];//f(R[0],K[1])^L[0]
                r[j]=fout[j];//R[i]=f(R[0],K[1])^L[0]
            }
            for(int j=0; j<32; ++j)
                l[j]=temp[j];//L[i]=R[i-1]
            cout<<"L["<<i<<"]：";
            for(int j=0; j<32; ++j)
                cout<<l[j];
            puts("");
            cout<<"R["<<i<<"]：";
            for(int j=0; j<32; ++j)
                cout<<r[j];
            puts("");
            puts("");
        }
        /**************************/
        int nin[64],nout[64];//逆初始置换前后
        for(int i=0; i<32; ++i)
            nin[i]=r[i];
        int j=32;
        for(int i=0; i<32; ++i)
            nin[j++]=l[i];
        ShiftNIP(nin,nout,64,nip);//逆初始置换IP^(-1)
         cout<<"明文：";
        for(int i=0; i<64; ++i)
            cout<<in[i];
        puts("");
        cout<<"加密：";
        for(int i=0; i<64; ++i)
            cout<<nout[i];
        puts("");
        return 0;
    }

输入：

//加密明文
    0 0 0 0 0 0 0 1
    0 0 1 0 0 0 1 1
    0 1 0 0 0 1 0 1
    0 1 1 0 0 1 1 1
    1 0 0 0 1 0 0 1
    1 0 1 0 1 0 1 1
    1 1 0 0 1 1 0 1
    1 1 1 0 1 1 1 1
    //初始置换IP
    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
    //轮函数置换E
    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
    //K0
    0 0 0 1 0 0 1 1
    0 0 1 1 0 1 0 0
    0 1 0 1 0 1 1 1
    0 1 1 1 1 0 0 1
    1 0 0 1 1 0 1 1
    1 0 1 1 1 1 0 0
    1 1 0 1 1 1 1 1
    1 1 1 1 0 0 0 1
    //置换选择1
    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
    //置换选择2
    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
    //置换P
    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
    //逆初始置换IP^(-1)
    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
    /**S盒***/
    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

输出：

初始置换IP：1100110000000000110011001111111111110000101010101111000010101010
    K[1]：000110110000001011101111111111000111000001110010
    E(R)：011110100001010101010101011110100001010101010101
    ^K1：011000010001011110111010100001100110010100100111
    S盒：01011100100000101011010110010111
    f(R[i-1],K[i])：00100011010010101010100110111011
    L[1]：11110000101010101111000010101010
    R[1]：11101111010010100110010101000100
    
    K[2]：011110011010111011011001110110111100100111100101
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