概述

        DES(Data Encryption Standard,数据加密标准)是一种历史悠久的对称密钥加密算法,由IBM公司在1970年代设计,并于1977年被美国国家标准局选作联邦资料处理标准。DES使用56位密钥对64位的数据块进行操作,经过16轮迭代的替换、置换和异或运算后,将明文转换成长度相同的密文。

        DES加解密过程主要包括以下几个步骤。

        1、密钥预处理:原始的56位密钥首先通过PC-1置换进行初步变换,然后分为左右两部分(各28位),并分别循环左移不同数量的位数,最终组合生成16个子密钥。

        2、加密过程

        (1)初始置换(IP):对输入的64位明文块执行初始置换。

        (2)16轮迭代:每一轮迭代包含以下四个步骤:

        (3)最终置换(FP):完成16轮迭代后,对结果执行最终置换得到64位密文。

        3、解密过程:解密实际上是对加密过程的逆向操作。同样经历初始置换、16轮迭代(但子密钥的使用顺序是反向的),最后通过最终置换得到明文。

CHP_Des类

        为了方便使用des加解密算法,我们封装了CHP_Des类。CHP_Des类提供了初始化、设置Key、加密、解密等四个接口。CHP_Des类的头文件,可参考下面的示例代码。

#pragma once

class CHP_Des
{
public:
    CHP_Des();
    ~CHP_Des();

    enum IDesCodecMode
    {
        DesCodecMode_Standard,                                
        DesCodecMode_Speed,
        DesCodecMode_IndependentSubKey
    };

    void Init(IDesCodecMode mode = DesCodecMode_Standard);
    
    int SetKey(char *pKey);
    
    int Encrypt(char *pData, int nDataLen);
    
    int Decrypt(char *pData, int nDataLen);

private:
    typedef struct _TDesCodecInfo
    {
        int puiSP[8][64];
        char pInitialPerm[16][16][8];
        char pFinalPerm[16][16][8];
        unsigned char pSubKeys[16][8];
        IDesCodecMode mode;
    }TDesCodecInfo;

    void EncryptOneRound(char *pBlock);
    void DecryptOneRound(char *pBlock);

    static unsigned int ByteSwap(unsigned int uiData);
    static void PermInit(char pPerm[16][16][8], char pIP[64]);
    static void SpInit(TDesCodecInfo &dci);
    static void Permute(char* pInBlock, char pPerm[16][16][8], char* pOutBlock);
    static int Feeding(TDesCodecInfo& dci, unsigned int uiData, unsigned char pSubKey[8]);
    static void Round(TDesCodecInfo& dci, int nNum, unsigned int* pBlock);

private:
    TDesCodecInfo m_dci;
};

        在上面的示例代码中,我们声明了一个枚举类型IDesCodecMode,用于表示Des算法的加解密模式。

        DesCodecMode_Standard:标准模式。

        DesCodecMode_Speed:速度模式,没有初始置换(IP)和最终置换(FP)。

        DesCodecMode_IndependentSubKey:独立模式,没有置换,密钥长度为128字节。

        下面,我们逐个介绍CHP_Des类导出的公共接口。

        Init:初始化函数。参数mode为加解密模式,一般默认为标准模式即可。

        SetKey:设置加解密的密钥。参数pKey为密钥,标准模式和速度模式时,密钥长度为8个字节;独立模式时,密钥长度为128个字节。返回值为0表示成功,其他为错误码。

        Encrypt:加密数据,函数返回后,pData为加密过的数据。参数pData为要加密的数据,参数nDataLen为要加密的数据的长度。返回值为0表示成功,其他为错误码。

        Decrypt:解密数据,函数返回后,pData为解密过的数据。参数pData为要解密的数据,参数nDataLen为要解密的数据的长度。返回值为0表示成功,其他为错误码。

总结

        由于DES密钥长度较短,在当今计算能力下已经容易受到暴力破解攻击,因此在实际应用中已被更安全的AES(Advanced Encryption Standard)算法取代。不过,DES的结构和设计理念对于后续密码学的发展产生了深远的影响。

04-27 02:54