# DES 算法的程序设计与实现
## 算法原理概述
DES 是块加密。将需要加密的明文以 64 位一组的长度分组，通过对每一组进行初始置换、利用密钥 16 轮迭代、交换置换和逆置换得到 64 位密文。利用数学可证得，同样的对密文做相同操作可得到明文（迭代次序相反）。
## 总体结构
加密过程：
= Ek(M) = IP-1·W·T16·T15·…·T1·IP(M)
M 为算法输入的 64 位明文块；
Ek 描述以 K 为密钥的加密函数，由连续的过程复合构成；
IP 为 64 位初始置换；
，T2，…，T16 是一系列的迭代变换；
W 为 64 位置换，将输入的高 32 位和低 32 位交换后输出；
IP-1 是 IP 的逆置换；
是 IP 的逆置换。
解密过程：
= Dk(C) = IP-1·W·T1·T2·…·T16·IP(C)
## 模块分解：
模块将结合代码共同解释，所截图代码为编程阶段成果，有可能会在后面的测试中因为发现有 bug 而有改动，以文件中所附带代码为准。
- 信息空间
- 首先需要将明文分割成等长 64 位的字符串。最后一组若不足 8 字节则补全（用要补全的个数取值），若刚好为 64 位，则再添加一个一个分组，里面 8 个字节都取 8。这里编了一个 Split 类用于分割以及合并明文。
- 分割实现：
- 合并实现：
- 测试效果：
- IP 置换
- 给定给定 64 位明文块 M，通过一个固定的初始置换 IP 来重排 M 中的二进制位，得到二进制串 M0 = IP(M) = L0R0，这里 L0 和 R0 分别是 M0 的前 32 位和后 32 位。下表给出 IP 置换后的下标编号序列。
- 这里的 IP 置换表的第 a 个数字，相当于新数组第 a 个位，其中数字 i 相对于旧数组的 num[i]。即表中数字相当于这个位置的数字在旧数组中的下标。因此将此表录入数组，然后即可根据下标置换。这里为了方便转换操作，将 64 位的 8 字节字符串换成 64 字节对应其二进制值。
- 建立 IP 与 IP-1 置换表：
- 置换表打印检验：
- 二进制码置换代码：
- 转换效果：
轮函数
轮函数是迭代中的一步，因此在写迭代之前需要先返程轮函数的实现。轮函数主要有以下运算内容：
将长度为 32 位的串 Ri-1 作 E-扩展，成为 48 位的串 E(Ri-1)
将 E(Ri-1)和长度为 48 位的子密钥 Ki 作 48 位二进制串按位异或运算，Ki 由密钥 K 生成
将(2)得到的结果平均分成 8 个分组，每个分组长度 6 位。各个分组分别经过 8 个不同的 S-盒进行 6-4 转换，得到 8 个长度分别为 4 位的分组
将(3)得到的分组结果顺序连接得到长度为 32 位的串
将(4)的结果经过 P-置换，得到的结果作为轮函数 f(Ri-1, Ki) 的最终 32 位输出。
首先需要声明定义一个数组作为 E 扩展的参照表（代码略）
E-扩展的代码与 IP 置换相同原理：
接下来需要将扩展后的串与子密钥异或运算。子密钥需要一次性生成 K1 到 K16：
需要先对原密钥 PC1 置换，分成两段后分别移位后再合并再 PC2 置换：
（PC1 与 PC2 的置换表略）
上面获得子密钥的函数应在迭代中调用后再将其中一个子密钥传入轮函数。
异或函数：
后面的任务是将异或后的串分成 8 段，每段 6 位分别通过各自的 SBOX 后变成 4 位再合并为 32 位。
首先定义获得行列号的函数：
然后让串经过 box（BOX 的 8 个二维数组的定义略）：
最后让串经过 P-置换后返回，则得到轮函数的返回值：
- 次迭代
- 次迭代，交换，轮函数调用，异或，最后的 W 置换：
- 由于轮函数模块与迭代关系紧密，两者交替调用，而且 16 个子密钥在每一步迭代中分别作为每次调用轮函数的参数，因此迭代与轮函数都写完后才可以开始进行测试。
- 测试代码：
- 这里直接将 8 字节 t 作为明文，key.txt 内为已设置好的 64 位密钥
- IPTran 将其 IP 置换，interation 将其迭代 16 次并 W 置换，IPTran2 将其逆置换。得到密文 result。然后对 result 作同样的操作（iteration 变为 iteration2，即迭代顺序相反（指子密钥调用））。
- 最终测试结果如下：
## 数据结构：
| IP 置换表 | 64 位一维数组 |
| ------------------------- | -------------------------------------- |
| IP-1 置换表 | 64 位一维数组 |
| E-扩展规则（比特-选择表） | 48 位一维数组 |
| S-盒 | 8×4×16 三维数组 |
| P-置换表 | 32 位一维数组 |
| PC-1 置换表 | 56 位一维数组 |
| PC-2 压缩置换表 | 48 位一维数组 |
| 子密钥 | 数量 16 的元素为 string 的 vector 容器 |
## C 语言源代码：
已将代码按模块分解在上面贴出解释功能，全部源代码可在附带文件中看到。由于自顶向下编程，模块较多，则不在文档内贴出。关于算法的主要代码都可在上文的模块分解中结合模块查看。
## 编译运行结果：
该测试文件 exe 为 ../code/DES.exe。
根目录中的 code 文件内为测试用的代码与所有代码文件。
同时分别编写了加密程序与解密程序供校验。
在地址 ../明文加密/ 中，可以看到以下四个文件：
版权申诉
5星 · 超过95%的资源 138 浏览量
2023-04-10
10:25:11
上传
评论
收藏 4.12MB ZIP 举报 
100011777-基于C++ 设计与实现DES算法的程序.zip （59个子文件） 
t16ip 
DES算法的程序设计与实现.docx 683KB ~$DES设计.docx 162B 明文加密 
Data Encryption.exe 1.95MB
M.txt 122B key.txt 64B code 
IP.o 418B IP.cpp 2KB Data Encryption.exe 1.95MB Data Encryption.dev 1KB Data Encryption.cpp 1KB Feistel.o 418B Data Encryption.o 72KB split.cpp 778B Data Encryption.layout 257B Makefile.win 2KB Iter.o 1KB Feistel.cpp 6KB split.o 418B Iter.cpp 992B
Chap.2.2 第1次作业.pdf 123KB .gitattributes 66B LICENSE 1KB README.txt 54B DES设计.docx 160KB ~WRL0005.tmp 1024B DES算法的程序设计与实现.pdf 694KB README.md 9KB code IP.o 51KB IP.cpp 2KB DES.exe 2.32MB main.cpp 3KB Feistel.o 51KB M.txt 50B split.cpp 778B Makefile.win 1KB Iter.o 57KB key.txt 64B Feistel.cpp 6KB main.o 289KB DES.layout 333B split.o 51KB Iter.cpp 992B DES.dev 1KB 密文解密 key.txt 64B code IP.o 418B Data Decryption.o 86KB IP.cpp 2KB Data Decryption.layout 209B Data Decryption.cpp 1KB Feistel.o 418B Data Decryption.dev 1KB split.cpp 778B Makefile.win 2KB Iter.o 1KB Feistel.cpp 6KB split.o 418B Iter.cpp 992B Data Decryption.exe 1.96MB Data Decryption.exe 1.96MB资源评论
2301_770634122024-03-31资源太好了，解决了我当下遇到的难题，抱紧大佬的大腿~
