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文章目录
- 一、DES介绍
- 二、DES原理
- 三、DES C++实现源码
一、DES介绍
DES（Data Encryption Standard）是一种对称密钥加密算法，最初由 IBM 设计，于1977年成为美国国家标准，用于加密非机密但敏感的政府数据。DES 使用相同的密钥进行数据的加密和解密，因此属于对称密钥加密算法。
以下是 DES 算法的一些基本特点和细节：
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密钥长度： DES 使用56位的密钥，虽然实际上是64位，但其中有8位用于奇偶校验，因此实际参与加密计算的位数是56位。
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分组长度： DES 将数据分成64位的块进行处理。每个64位的分组被视为一个数据块，并被输入到加密或解密算法中。
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替代-置换网络（Substitution-Permutation Network，SPN）： DES 使用了 SPN 结构，包括初始置换、16轮的迭代、最终置换。在每轮迭代中，都会涉及到置换、替代和异或运算。
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密钥的使用： 密钥通过置换和选择运算变成16个子密钥，每个子密钥48位长。这些子密钥被用于每一轮的轮密钥加操作。
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初始置换（Initial Permutation）： 明文块的位被重新排列，以作为初始输入。
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Feistel 结构： DES 使用了 Feistel 结构，其中明文块被分成两半，然后经过一系列迭代。在每一轮中，右半部分经过一系列替代、置换和异或运算，然后与左半部分进行异或，形成新的右半部分。
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扩展置换（Expansion Permutation）： 在 Feistel 结构中，右半部分的位数被扩展，以便与轮密钥异或。
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S 盒（Substitution Box）： DES 使用了8个不同的S盒，每个S盒将6位输入映射到4位输出，提供非线性性。
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最终置换（Final Permutation）： 最终输出的64位块通过最终置换进行重新排列。
DES 曾经是加密领域的标准，但随着计算机性能的提高和密码学攻击技术的发展，DES 的56位密钥长度变得不够安全。因此，现代加密通常使用更强大的对称密钥加密算法，如 AES。DES 已经被其后继者替代，但仍然在一些遗留系统中可能存在。
二、DES原理
DES（Data Encryption Standard）是一种对称密钥加密算法，它使用相同的密钥进行数据的加密和解密。以下是 DES 的基本原理和步骤：
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密钥生成： 初始的密钥是56位，但实际上是64位，其中有8位用于奇偶校验。密钥被置换和选择生成16个子密钥，每个子密钥48位长。这些子密钥用于加密和解密的轮密钥加操作。
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初始置换（Initial Permutation）： 明文块被初始置换，位被重新排列形成初始输入。这个置换对输入数据进行初步的混淆。
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Feistel 结构： DES 使用 Feistel 结构，即将明文块分成左半部分（L0）和右半部分（R0），然后通过一系列的迭代进行处理。
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迭代过程： DES 采用16轮迭代的过程。在每一轮中，右半部分（Ri）经过一系列的置换、替代和异或运算，然后与左半部分（Li-1）进行异或。这产生新的右半部分（Ri）和新的左半部分（Li）。迭代过程的主要特点是右半部分直接影响下一轮的计算。
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扩展置换（Expansion Permutation）： 在 Feistel 结构中，右半部分的位数被扩展，以便与轮密钥异或。
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S 盒替代（Substitution Box Substitution）： 扩展后的右半部分被分成6位的块，然后通过8个不同的S盒进行替代。S盒是非线性变换，提供算法的非线性性。
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P 盒置换（Permutation Box Permutation）： 经过S盒替代后，结果通过P盒进行置换，以提供进一步的扩散。
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轮密钥加（Round Key Addition）： 在每一轮结束时，进行轮密钥加操作，即将当前状态与生成的轮密钥异或。轮密钥是由初始密钥生成的16个子密钥之一。
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最终置换（Final Permutation）： 最终的64位块通过最终置换进行重新排列，形成最终的加密结果。
这个 Feistel 结构的设计使得 DES 具有一定的安全性。然而，随着计算机性能的提高和密码分析技术的发展，DES 的56位密钥长度变得不够安全，因此已经被更强大的加密算法替代，如 AES。
三、DES C++实现源码
使用 OpenSSL 在 C++ 下实现 DES 加密和解密涉及一些基本的库调用。以下是一个简单的例子，假设你已经安装了 OpenSSL 库：
#include <iostream>
#include <openssl/des.h>void des_encrypt(const unsigned char *input, unsigned char *output, const DES_key_schedule &ks) {DES_encrypt1(input, &ks, output);
}void des_decrypt(const unsigned char *input, unsigned char *output, const DES_key_schedule &ks) {DES_decrypt1(input, &ks, output);
}int main() {// 设置密钥const char *key_str = "01234567";DES_cblock key;DES_key_schedule ks;DES_string_to_key(key_str, &key);DES_set_key_unchecked(&key, &ks);// 待加密的数据const unsigned char plaintext[8] = "12345678";unsigned char ciphertext[8];unsigned char decryptedtext[8];// 加密des_encrypt(plaintext, ciphertext, ks);std::cout << "Ciphertext: ";for (int i = 0; i < 8; ++i) {std::cout << std::hex << (int)ciphertext[i];}std::cout << std::endl;// 解密des_decrypt(ciphertext, decryptedtext, ks);std::cout << "Decrypted text: " << decryptedtext << std::endl;return 0;
}
请注意，这个例子中使用了 ECB 模式（Electronic Codebook），它将每个 64 位的块独立地加密。在实际应用中，你可能需要考虑更加安全的模式，如 CBC（Cipher Block Chaining）。
编译时需要链接 OpenSSL 库。在 Linux 中，可以使用以下命令：
g++ -o des_example des_example.cpp -lssl -lcrypto
请确保你的系统中已经安装了 OpenSSL 库。这只是一个简单的示例，实际应用中可能需要更多的安全性和错误处理。