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DES加密算法的C语言实现  

2007-04-12 21:31:07|  分类: 我的程序 |  标签: |举报 |字号 订阅

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DES加密算法的C语言实现

#include <stdio.h>

/* DES VERSION 0.4 CREATED BY SIMPLE SOURCE AT 2007.3 */

/* COMPETENCE :

 * P4 3.0G 512M

 * 3000000 TIMES ENCRYPTION WITH CREATED SUBKEYS

 * 26.784 SECONDS (ABOUT 0.85M/S)*/

static __int64 g_arrayMask[64] =
{
    0x0000000000000001, 0x0000000000000002, 0x0000000000000004, 0x0000000000000008,
    0x0000000000000010, 0x0000000000000020, 0x0000000000000040, 0x0000000000000080,
    0x0000000000000100, 0x0000000000000200, 0x0000000000000400, 0x0000000000000800,
    0x0000000000001000, 0x0000000000002000, 0x0000000000004000, 0x0000000000008000,
    0x0000000000010000, 0x0000000000020000, 0x0000000000040000, 0x0000000000080000,
    0x0000000000100000, 0x0000000000200000, 0x0000000000400000, 0x0000000000800000,
    0x0000000001000000, 0x0000000002000000, 0x0000000004000000, 0x0000000008000000,
    0x0000000010000000, 0x0000000020000000, 0x0000000040000000, 0x0000000080000000,
    0x0000000100000000, 0x0000000200000000, 0x0000000400000000, 0x0000000800000000,
    0x0000001000000000, 0x0000002000000000, 0x0000004000000000, 0x0000008000000000,
    0x0000010000000000, 0x0000020000000000, 0x0000040000000000, 0x0000080000000000,
    0x0000100000000000, 0x0000200000000000, 0x0000400000000000, 0x0000800000000000,
    0x0001000000000000, 0x0002000000000000, 0x0004000000000000, 0x0008000000000000,
    0x0010000000000000, 0x0020000000000000, 0x0040000000000000, 0x0080000000000000,
    0x0100000000000000, 0x0200000000000000, 0x0400000000000000, 0x0800000000000000,
    0x1000000000000000, 0x2000000000000000, 0x4000000000000000, 0x8000000000000000
};

static int g_arrayIP[64] =
{
    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,
    56, 48, 40, 32, 24, 16,  8,  0,
    58, 50, 42, 34, 26, 18, 10,  2,
    60, 52, 44, 36, 28, 20, 12,  4,
    62, 54, 46, 38, 30, 22, 14,  6
};

static int g_arrayE[64] =
{
    31,  0,  1,  2,  3,  4, -1, -1,
     3,  4,  5,  6,  7,  8, -1, -1,
     7,  8,  9, 10, 11, 12, -1, -1,
    11, 12, 13, 14, 15, 16, -1, -1,
    15, 16, 17, 18, 19, 20, -1, -1,
    19, 20, 21, 22, 23, 24, -1, -1,
    23, 24, 25, 26, 27, 28, -1, -1,
    27, 28, 29, 30, 31, 30, -1, -1
};
static char g_matrixNSBox[8][64] =
{
    {
        14,  4,  3, 15,  2, 13,  5,  3,
        13, 14,  6,  9, 11,  2,  0,  5,
         4,  1, 10, 12, 15,  6,  9, 10,
         1,  8, 12,  7,  8, 11,  7,  0,
         0, 15, 10,  5, 14,  4,  9, 10,
         7,  8, 12,  3, 13,  1,  3,  6,
        15, 12,  6, 11,  2,  9,  5,  0,
         4,  2, 11, 14,  1,  7,  8, 13
    },
    {
        15,  0,  9,  5,  6, 10, 12,  9,
         8,  7,  2, 12,  3, 13,  5,  2,
         1, 14,  7,  8, 11,  4,  0,  3,
        14, 11, 13,  6,  4,  1, 10, 15,
         3, 13, 12, 11, 15,  3,  6,  0,
         4, 10,  1,  7,  8,  4, 11, 14,
        13,  8,  0,  6,  2, 15,  9,  5,
         7,  1, 10, 12, 14,  2,  5,  9
    },
    {
        10, 13,  1, 11,  6,  8, 11,  5,
         9,  4, 12,  2, 15,  3,  2, 14,
         0,  6, 13,  1,  3, 15,  4, 10,
        14,  9,  7, 12,  5,  0,  8,  7,
        13,  1,  2,  4,  3,  6, 12, 11,
         0, 13,  5, 14,  6,  8, 15,  2,
         7, 10,  8, 15,  4,  9, 11,  5,
         9,  0, 14,  3, 10,  7,  1, 12
    },
    {
         7, 10,  1, 15,  0, 12, 11,  5,
        14,  9,  8,  3,  9,  7,  4,  8,
        13,  6,  2,  1,  6, 11, 12,  2,
         3,  0,  5, 14, 10, 13, 15,  4,
        13,  3,  4,  9,  6, 10,  1, 12,
        11,  0,  2,  5,  0, 13, 14,  2,
         8, 15,  7,  4, 15,  1, 10,  7,
         5,  6, 12, 11,  3,  8,  9, 14
    },
    {
         2,  4,  8, 15,  7, 10, 13,  6,
         4,  1,  3, 12, 11,  7, 14,  0,
        12,  2,  5,  9, 10, 13,  0,  3,
         1, 11, 15,  5,  6,  8,  9, 14,
        14, 11,  5,  6,  4,  1,  3, 10,
         2, 12, 15,  0, 13,  2,  8,  5,
        11,  8,  0, 15,  7, 14,  9,  4,
        12,  7, 10,  9,  1, 13,  6,  3
    },
    {
        12,  9,  0,  7,  9,  2, 14,  1,
        10, 15,  3,  4,  6, 12,  5, 11,
         1, 14, 13,  0,  2,  8,  7, 13,
        15,  5,  4, 10,  8,  3, 11,  6,
        10,  4,  6, 11,  7,  9,  0,  6,
         4,  2, 13,  1,  9, 15,  3,  8,
        15,  3,  1, 14, 12,  5, 11,  0,
         2, 12, 14,  7,  5, 10,  8, 13
    },
    {
         4,  1,  3, 10, 15, 12,  5,  0,
         2, 11,  9,  6,  8,  7,  6,  9,
        11,  4, 12, 15,  0,  3, 10,  5,
        14, 13,  7,  8, 13, 14,  1,  2,
        13,  6, 14,  9,  4,  1,  2, 14,
        11, 13,  5,  0,  1, 10,  8,  3,
         0, 11,  3,  5,  9,  4, 15,  2,
         7,  8, 12, 15, 10,  7,  6, 12
    },
    {
        13,  7, 10,  0,  6,  9,  5, 15,
         8,  4,  3, 10, 11, 14, 12,  5,
         2, 11,  9,  6, 15, 12,  0,  3,
         4,  1, 14, 13,  1,  2,  7,  8,
         1,  2, 12, 15, 10,  4,  0,  3,
        13, 14,  6,  9,  7,  8,  9,  6,
        15,  1,  5, 12,  3, 10, 14,  5,
         8,  7, 11,  0,  4, 13,  2, 11
    },
};

static int g_arrayP[32] =
{
    15,  6, 19, 20, 28, 11, 27, 16,
     0, 14, 22, 25,  4, 17, 30,  9,
     1,  7, 23, 13, 31, 26,  2,  8,
    18, 12, 29,  5, 21, 10,  3, 24
};

static int g_arrayIP_1[64] =
{
    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,
    32,  0, 40,  8, 48, 16, 56, 24
};

static int g_arrayPC_1[56] =
{
    56, 48, 40, 32, 24, 16,  8,
     0, 57, 49, 41, 33, 25, 17,
     9,  1, 58, 50, 42, 34, 26,
    18, 10,  2, 59, 51, 43, 35,
    62, 54, 46, 38, 30, 22, 14,
     6, 61, 53, 45, 37, 29, 21,
    13,  5, 60, 52, 44, 36, 28,
    20, 12,  4, 27, 19, 11,  3
};

static int g_arrayPC_2[64] =
{
    13, 16, 10, 23,  0,  4, -1, -1,
     2, 27, 14,  5, 20,  9, -1, -1,
    22, 18, 11,  3, 25,  7, -1, -1,
    15,  6, 26, 19, 12,  1, -1, -1,
    40, 51, 30, 36, 46, 54, -1, -1,
    29, 39, 50, 44, 32, 47, -1, -1,
    43, 48, 38, 55, 33, 52, -1, -1,
    45, 41, 49, 35, 28, 31, -1, -1
};

static int g_arrayLs[16] = {1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1};
static __int64 g_arrayLsMask[3] =
{
    0x0000000000000000,
    0x0000000000100001,
    0x0000000000300003
};

#define BitTransform(array, len, source, dest) \
{\
    __int64 bts = source;\
    int bti;\
    dest = 0;\
    for(bti = 0; bti < len; bti++)\
    {\
        if(array[bti] >= 0 && (bts & g_arrayMask[array[bti]]))\
        {\
            dest |= g_arrayMask[bti];\
        }\
    }\
}

#define DES_MODE_ENCRYPT        0
#define DES_MODE_DECRYPT        1

void DESSubKeys(__int64 key, __int64 K[16], int mode);

__int64 DES64(__int64 subkeys[16], __int64 data);

 

void DESSubKeys(__int64 key, __int64 K[16], int mode)
{
    __int64 temp;
    int j;
    /* PC-1变换 */
    BitTransform(g_arrayPC_1, 56, key, temp);
    for(j = 0; j < 16; j++)
    {
        /* 循环左移 */
        {
            __int64 source = temp;
            temp = ((source & g_arrayLsMask[g_arrayLs[j]]) << (28 - g_arrayLs[j])) | ((source & ~g_arrayLsMask[g_arrayLs[j]]) >> g_arrayLs[j]);
        }
        /* PC-2变换 */
        BitTransform(g_arrayPC_2, 64, temp, K[j]);
    }
    if(mode == DES_MODE_DECRYPT) /* 如果解密则反转子密钥顺序 */
    {
        __int64 t;
        for(j = 0; j < 8; j++)
        {
            t = K[j];
            K[j] = K[15 - j];
            K[15 - j] = t;
        }
    }
}

__int64 DES64(__int64 subkeys[16], __int64 data)
{
    static __int64 out;
    static __int64 source;
    static __int64 L, R;
    static __int32 * pSource;
    static char * pR;
    static int i;
    static __int32 SOut;
    static __int32 t;
    static int sbi;
    pSource = (__int32 *)&out;
    pR = (char *)&R;
    /* IP变换 */
    {
        BitTransform(g_arrayIP, 64, data, out);
    }
    /* 主迭代 */
    {
        //source = out;
        for(i = 0; i < 16; i++)
        {
            R = pSource[1];
            /* F变换开始 */
            {
                /* E变换 */
                {
                    BitTransform(g_arrayE, 64, R, R);
                }
                /* 与子密钥异或 */
                R ^= subkeys[i];
                /* S盒变换 */
                {
                    SOut = 0;
                    for(sbi = 7; sbi >= 0; sbi--)
                    {
                        SOut <<= 4;
                        SOut |= g_matrixNSBox[sbi][pR[sbi]];
                    }
                    R = SOut;
                }
                /* P变换 */
                {
                    BitTransform(g_arrayP, 32, R, R);
                }
            }
            /* f变换完成 */
            L = pSource[0];
            pSource[0] = pSource[1];
            pSource[1] = (__int32)(L ^ R);
        }
        /* 交换高低32位 */
        {
            t = pSource[0];
            pSource[0] = pSource[1];
            pSource[1] = t;
        }
    }

    /* IP-1变换 */
    {
        BitTransform(g_arrayIP_1, 64, out, out);
    }
    return out;
}


    // 测试用例
    // 密钥(推荐用任意字符串的MD5散列值,MD5算法可以参考我的另一篇日志:MD5的C++实现
    __int64 key = 0x70AA7E1D1A20B;
    // 数据(可以用8个字节字符聚合而成)
    __int64 source = 0x0123456789ABCDEF;
    // 子密钥(临时数据)
    __int64 subKey[16];
    // 加密结果存放处
    __int64 encrypt;
    // 解密结果存放处
    __int64 decrypt;
    // 加密
    ::DESSubKeys(key, subKey, DES_MODE_ENCRYPT);
    encrypt = ::DES64(subKey, source);
    // 解密(decrypt应该等于source)
    ::DESSubKeys(key, subKey, DES_MODE_DECRYPT);
    decrypt = ::DES64(subKey, encrypt);

 

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