DES加解密时产生的子密钥

DES算法共需要进行16轮迭代运算，每轮迭代运算使用一个子密钥，共需要16个子密钥。子密钥是从用户输入的初始密钥产生的，用户输入的初始密钥K为64位，其中有8位用于奇偶校验，分别位于第8,16,24,32,40,48,56,64位。奇偶校验位用于检查密钥K在产生和分配以及存储过程中可能发生的错误，这样DES的密钥实际上只有56位。

加密过程生成的子密钥

首先密钥经过PC-1表置换后

         Permuted Choice 1 (PC-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

将变换后的密钥分为两个部分，开始的28位称为C[0]，最后的28位称为D[0]。

C[i-1],D[i-1]作为下一轮i的输入（把C[i-1]复制给C[i]，将D[i-1]复制给D[i]），之后同时将C[i]、D[i]左移1位或2位，根据轮数值决定左移的位数。

左移位数： 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1

由C[i]、D[i]合成CD[i][i]

将CD[i] [i]作为一个整体按下表（PC-2）变换，得到48位的K[i]

         Permuted Choice 2 (PC-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

解密过程生成的子密钥

跟加密时产生子密钥的算法基本一样，只是每轮变成想右位移1或2位

右移位数： 0, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1

 

加解密过程

一、取得64位的数据，如果数据长度不足64位，应该将其扩展为64位

将64位数据按下表变换（IP）

Initial Permutation (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

将变换后的数据分为两部分，开始的32位称为L[0]，最后的32位称为R[0]。用16个子密钥加密数据，初始i=1。每轮迭代都利用上一轮的L[i-1],R[i-1]。

L[i] = R[i-1];R[i] = Li-1⊕F(Ri-1,Ki);

二、F(Ri-1,Ki)实现过程：

1、将32位的R[I-1]按下表（E）扩展为48位的E[i-1]

Expansion (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

2、异或E[i-1]和K[i]，即E[i-1] XOR K[i]

3、S盒替换：将异或后的结果分为8个6位长的部分,每部分成为S盒的输入，跟有8个输入，对应8个S盒。如Bi=b1b2b3b4b5b6，将x=b1b6作为行号，y=b2b3b4b5作为列好，在S[i]中查找第x行第y列的值c=S[i][x][y]。将c转化为4为2进制，代替原来的Bi。经过8个替换后，产生32位比特串。

4、P盒替换：将S盒产生的32位比特串经过P盒置换，输出结果就为F（Ri-1, Ki）;

     Permutation 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

5、与L[i-1]：置换将F（Ri-1, Ki）⊕Li-1得出Ri

三、逆置换IP-1

64位的明文经过IP置换、16轮迭代运算、逆初始置换IP-1后，得到的结果极为DES加密的密文输出。

 

Final Permutation (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

解密过程跟加密一样，只是加密时第i轮跟第i个子密钥异或，而解密时16子密钥被倒过来异或，只要在产生子密钥的过程中做文章就可以实现加解密过程一字不差。

以下是S盒：

S盒

         Substitution Box

S[1]

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

 

S[2]

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

 

S[3]

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

 

S[4]

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

 

S[5]

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

 

S[6]

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

 

S[7]

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

 

S[8]

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

 

 

 

 

 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int SubKey[17][48];
int C[17][28], D[17][28], CD[17][56];
int LS[2][16] = 
{
    {1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1},
    {0, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1}
};
int L[17][32], R[17][32];
int en[64];
int PC1[56] = 
{   
    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};
int PC2[48] =
{
    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};
int IP[64] =
{
    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};
int E[48] = 
{
    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};
int S[8][4][16] = 
{
    //S[1]
    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,
 
    //S[2]
    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,
     
    //S[3]
    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,
    
    //S[4]
    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,
    
    //S[5]
    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,
    
    //S[6]
    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,
     
    //S[7]
    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,
     
    //S[8]
    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
};
int P[32] =
{
    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};
int RIP[64] =
{
    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,
};
void LR(int * in, int *out, int ls)//将in左移ls位存到out 
{
    int i;
    for (i = 0; i < ls; i++)
        out[28 - ls + i] = in[i];
    for (i = ls; i < 28; i++)
        out[i-ls] = in[i];
}
void RR(int * in, int * out, int ls)//将in右移ls位存到out 
{
    int i;
    for (i = 0; i < 28 - ls; i++)
        out[i+ls] = in[i];
    for (i = 28 - ls; i < 28; i++)
        out[i - (28 - ls)] = in[i];
}
//Key是64位密钥，f为0表示该过程是产生加密的子密钥，f为1表示该过程是产生解密的子密钥 
//因为加密过程产生的16个子密钥，在解密时时倒过来的。之所以会这样主要是加密过程是左移操作，解密是右移操作 
void CreateSubKey(int * Key, int f)
{
    int i, j;
    for (i = 0; i < 56; i++)
        CD[0][i] = Key[PC1[i]-1];
    for (i = 0; i < 28; i++)
    {
        C[0][i] = CD[0][i];
        //printf("%d", C[0][i]);
    }//printf("--");
    for (i = 28; i < 56; i++)
    {
        D[0][i-28] = CD[0][i];
        //printf("%d", D[0][i-28]);    
    }//printf("\n");
    for (i = 1; i <= 16; i++)
    {
        if (f == 0)
        {
            LR(C[i-1], C[i], LS[f][i-1]);
            LR(D[i-1], D[i], LS[f][i-1]);
        }
        else
        {
            RR(C[i-1], C[i], LS[f][i-1]);
            RR(D[i-1], D[i], LS[f][i-1]);
        }
    //    printf("ls%d:", LS[f][i-1]);for (j = 0; j < 28; j++)printf("%d", C[i][j]);
//        printf("--");for (j = 0; j < 28; j++)printf("%d", D[i][j]);printf("\n");
    
        for (j = 0; j < 28; j++)
        {
            CD[i][j] = C[i][j];
            CD[i][j+28] = D[i][j];
        }
        for (j = 0; j < 48; j++)
        {
            SubKey[i][j] = CD[i][PC2[j]-1];
        }
    //    printf("i=%d:", i);
//        for (j = 0; j < 48; j++)
//        {
//            printf("%d", SubKey[i][j]);
//        }printf("\n");
    }
}
void ip(int *mw)//IP置换，64为明文经过IP置换产生L0和R0 
{
    int i;
    for (i = 0; i < 64; i++)
    {
        if (i < 32)
            L[0][i] = mw[IP[i]-1];
        else
            R[0][i-32] = mw[IP[i]-1];
    }
}
void ebox(int * in, int *out)//e盒，in为输入，结果为out 
{
    int i;
    for (i = 0; i < 48; i++)
        out[i] = in[E[i]-1];
}
void xorK(int * key, int * in)//将in与key异或 
{
    int i;
    for (i = 0; i < 48; i++)
        in[i] = in[i] ^ key[i];
}
void sbox(int * in, int * out)//s盒，in为输入，结果为out 
{
    int i, x, y, z;
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        x = (in[0] << 1) + in[5];
        y = (in[1] << 3) + (in[2] << 2) + (in[3] << 1) + in[4];
        z = S[i][x][y];
    //    out[0] = z & 1;
//        out[1] = (z >> 1) & 1;
//        out[2] = (z >> 2) & 1;
//        out[3] = (z >> 3) & 1;

        out[0] = (z >> 3) & 1;
        out[1] = (z >> 2) & 1;
        out[2] = (z >> 1) & 1;
        out[3] =  z & 1;
        in += 6, out += 4; 
    }
}
void pbox(int * in, int * out)//P盒置换in为输入，结果存于out 
{
    int i;
    for (i = 0; i < 32; i++) 
        out[i] = in[P[i]-1];
}
void fun(int * ri, int * ki, int * out)//将R[i-1]，Key[i]作为输入进行F(Ri-1,Ki)存于out 
{
    int tmp[48], res[32];
    ebox(ri, tmp);//将Ri进行E盒置换存于tmp 
    xorK(ki, tmp);//将tmp与子密钥异或仍存于tmp 
    sbox(tmp, res);//将tmp进行S盒置换存于res 
    pbox(res, out);//将res进行P盒置换存于out 
} 
void xorLi(int * li, int * in, int * out)//li为Li-1，将F(Ri-1,Ki)的结果作为in，out = Li-1 ^ F(Ri-1, Ki); 
{
    int i;
    for (i = 0; i < 32; i++)
        out[i] = in[i] ^ li[i];
}
void Rip(int * l, int * r, int * out)//逆置换IP-1，将L16跟R16作为输入，结果存于out中 
{
    int lr[64], i;
    for (i = 0; i < 32; i++)
        lr[i] = r[i];
    for (i = 32; i < 64; i++)
        lr[i] = l[i-32];
    for (i = 0; i < 64; i++)
        out[i] = lr[RIP[i]-1];
}
int Binary_To_Decimal(int *bit, int len)//将一个8位2进制转为一个10进制数 
{
    int sum = 0, i;
    for (i = 0; i < len; i++)
    {
        sum = sum * 2 + bit[i];
    }
    return sum;
}
void asc(int * w, int len, char * as)//将64bit转化成一字符串 
{
    int *p = w;
    int i, j;
    for (i = 0, j = 0; i < 64; i += 8, p += 8, j++)
    {
        as[j] = Binary_To_Decimal(p, 8);
    }
    as[j] = 0;
    puts(as);
}
void OX(int * w, int len, char * ans)//将64bit转化成16进制 
{
    int i, j, k, a;
    int * p = w;
    for (i = 0, k = 0; i < len; k++, i = j)
    {
        j = i + 4;
        if (j > len)
        {
            j = len;
        }
        a = Binary_To_Decimal(p + i, j - i);
        if (a <= 9)
        {
            ans[k] = a + '0';
        }
        else
        {
            ans[k] = a - 10 + 'A';
        }
    }
    ans[k] = 0;
    puts(ans);
}
int str_to_bit(char * in, int * out)//将字符串in转化为二进制数组，返回二进制数组的长度 
{
    char tmp[1000];
    int i, j, len, k;
    strcpy(tmp, in);
    len = strlen(tmp);
    if (len % 8 != 0)
    {
        j = len / 8 * 8+ 8;//printf("%d ", j);
        for (; len < j; len++)
            tmp[len] = ' ';
        tmp[len] = 0;
    }
    //printf("%s_\n", tmp);
    for (i = 0, j = 0; tmp[i]; i++)
    {
        for (k = 7; k >= 0; k--, j++)
        {
            out[j] = (tmp[i] >> k) & 1;
        }
    }
    return j;
}
void cry(int * mw, int * ans)//加解密,结果为ans 
{
    int tmp[32];
    int i, j;
    char ox[100];
    ip(mw);
    for (i = 1; i <= 16; i++)
    {
        for (j = 0; j < 32; j++)
            L[i][j] = R[i-1][j];
        fun(R[i-1], SubKey[i], tmp);
        xorLi(L[i-1], tmp, R[i]); 
    }
    Rip(L[16], R[16], ans);
    for (printf("ans:\n"), i = 0; i < 64; i++)
    {
        if (i % 8 == 0)printf("\n");
        printf("%d", ans[i]);
    }printf("\n");
    asc(ans, 64, ox);
    //OX(en, 64, ox);
}
void crying(int * mw, int * ans, int len)//加解密,结果为ans 
{
    int i;
    char ox[100];
    for (i = 0; i < len; i += 64)
    {
        cry(mw, ans);
        mw += 64, ans += 64;
    }
}
/*
learning
computer
*/
int main()
{
    int key[64] = 
    {
        1,1,0,0,0,1,1,0,
        1,1,0,1,1,1,1,0,
        1,1,0,1,1,0,1,1,
        1,1,1,0,0,0,0,1,
        1,1,1,0,1,0,1,1,
        1,1,1,0,1,0,0,0,
        1,1,0,0,1,0,1,0,
        1,1,1,0,0,1,0,0};
    int mw[1000] =
    {
        0,1,1,0,1,1,0,0,
        0,1,1,0,0,1,0,1,
        0,1,1,0,0,0,0,1,
        0,1,1,1,0,0,1,0,
        0,1,1,0,1,1,1,0,
        0,1,1,0,1,0,0,1,
        0,1,1,0,1,1,1,0,
        0,1,1,0,0,1,1,1
    };
    int ans[1000], len;
    char strm[1000], strk[10];
    while (scanf("%s%s", strm, strk) - EOF)
    {
        len = str_to_bit(strm, mw);
        CreateSubKey(key, 0);
        crying(mw, ans, len);
        CreateSubKey(key, 1);
        crying(ans, ans, len);
        //puts(ans);
    }  
    system("pause");
}
/*
learinglearingleari
computer
*/