DES原理學習以及C語言實現（三）

三、子密鑰Ki及獲取

子密鑰的獲取主要通過置換和移位運算得到。

DES的密鑰長度時64位，由用戶輸入。但參與加密的只有56位。用戶輸入的64位按照8*8矩陣排列，把其中每行的第8個用於奇偶檢驗。

經過一系列的置換和移位得到K1~K16共16個子密鑰。每個密鑰長度是48位（壓縮過後的）。其每個子密鑰實現過程如下：

1、首先將輸入的64位密鑰按照8*8排列，將每行第8個去掉。

2、然後對剩下的56位按照PC-1表置換。其置換方法跟IP方法類似。PC-1表如下：

                                                        表一

有上表可知，第8，16，24，32，40，48，56，64位的檢驗位去掉了。剩下的按照上表置換規則進行置換。

3、移位。置換後，將將輸出分爲前28位C0和後28位D0兩部分。上一輪置換得到的輸出的兩部分經過循環左移1位或者2位之後（每輪按照表3進行移位），然後將兩份合成56位。

                        表二

4、壓縮置換得到48位子密鑰。PC-2置換，也就是壓縮置換，輸出比輸入短，及運算過程中，將某些位的數據去掉了。將原來的8行7列壓縮成8行6列48位數據。置換規則按照下表。也有下表可知，第9，18，22，25，35，38，43，54位被去掉了。下下表置換後的數據就是密鑰K1。

5、同時，上一輪的兩部分，在按照表三進行移位，壓縮得到密鑰Ki。一共經過16輪。

總體來說，密鑰獲取過程就是如此，原理不復雜。

把前面的代碼也是放在一起的，這部分的代碼有以下：

1、將用戶輸入的密鑰轉化爲二進制：void *toKeytBinary(char *key)

2、將二進制通過PC-1置換：void displace()

3、第n次移位後：void leftShift(int n)

4、壓縮得到密鑰：void condenseBinary(int n)

C語言實現：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>//要使用malloc是要包含此頭文件
#include <memory.h>//要使用memset是要包含此頭文件

int plaintextBinary[64];  //明文二進制
int inputBinary[64]; 
char keyBinary64[64];    //二進制key
char temporary[56]={0};  //置換過後的key 以及第n輪移位後的key
char keyBinary56[16][64];  //i輪的子密鑰
char subKeyBinary[16][48];  //子密鑰
// 正向置換表
int DES_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
};

// 逆向置換表
int DES_NIP[] = 
{
	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
};
//PC-1置換表
int DES_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
};
//移位表
int shift[]=
{
	1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1
};
//壓縮表PC-2
int condense[]=
{
	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
};

//將用戶的輸入轉換位二進制
void *toPlainTextBinary(char *p)
{
	int temp;  //臨時存放
	int a =1;  //二進制時的餘數
	int m=0;
	int i,j,k;  //用於循環
	int b[8]={0};  //存放每個字符二進制
	printf("\n");
	for(i =0;i<8;i++)
	{
		temp = p[i];
		for(j=0;j<8;j++)
		{
			a=(int)temp%2;
			temp=temp/2;
			b[j]=a;
		}
		for(j=7;j>=0;j--)
		{
			inputBinary[m++]=b[j];
		}
	}
	printf("該數二進制爲:");
	for(j=0;j<64;j++)
	{
		if(j%8==0)
			printf("\n");
		printf("%d",inputBinary[j]);
	}
	printf("\n");
}


//將用戶的輸入的密鑰轉換位二進制
void *toKeytBinary(char *key)
{
	int temp;  //臨時存放
	int a =1;  //二進制時的餘數
	int m=0;
	int i,j,k;  //用於循環
	int b[8]={0};  //存放每個字符二進制
	printf("\n");
	for(i =0;i<8;i++)
	{
		temp = key[i];
		for(j=0;j<8;j++)
		{
			a=(int)temp%2;
			temp=temp/2;
			b[j]=a;
		}
		for(j=7;j>=0;j--)
		{
			keyBinary64[m++]=b[j];
		}
	}
	printf("該數二進制爲:");
	for(j=0;j<64;j++)
	{
		if(j%8==0)
			printf("\n");
		printf("%d",keyBinary64[j]);
	}
	printf("\n");
}

//置換函數PC-1
void displace()
{
	int i,j=0,m=0;
	//置換
	for(i=0;i<56;i++)
	{
		temporary[i]=keyBinary64[DES_PC_1[i]-1];
	}
	printf("PC-1置換後的key:");
	for(i=0;i<56;i++)
	{
		if(i%7==0)
			printf("\n");
		printf("%d",temporary[i]);
	}
	printf("\n");
}

//壓縮 得到的結果就是密鑰Ki
void condenseBinary(int n)
{
	int i;
	for(i=0;i<48;i++)
	{
		subKeyBinary[n][i]=temporary[condense[i]-1];
	}
	printf("\n第%d輪子密鑰：\n",n);
	for(i=0;i<48;i++)
	{
		if(i%6==0&&i!=0)
			printf("\n");
		printf("%d",subKeyBinary[n][i]);
	}
}

//第n次移位運算  得到的結果是壓縮置換的輸入即兩部分經過移位後合在一起
void leftShift(int n)
{
	int i;
	//保存前兩個數據  這裏是分成裏前後兩個部分
	int temporary0=temporary[0];
	int temporary1=temporary[1];
	int temporary28=temporary[28];
	int temporary29=temporary[29];
	for(i=0;i<28;i++)
	{
		temporary[i]=temporary[i+shift[n-1]];
		if(i>=26)
			continue;
		temporary[i+28]=temporary[i+shift[n-1]+28];
	}
	if(shift[n-1]==1)
	{
		temporary[27]=temporary0;
		temporary[55]=temporary28;
	}
	else if(shift[n-1]==2)
	{
		temporary[26]=temporary0;
		temporary[27]=temporary1;
		temporary[54]=temporary28;
		temporary[55]=temporary29;
	}

	printf("\n第%d輪移位後的：",n);
	for(i=0;i<56;i++)
	{
		if(i%7==0)
			printf("\n");
		printf("%d",temporary[i]);
	}
}
//PKCS7Padding  填充方式
//對加密數據字節長度對8取餘爲r，如r大於0，
//則補8-r個字節，字節爲8-r的值；如果r等於0，則補8個字節8。
//比如：
//加密字符串爲爲AAA，則補位爲AAA55555;
//加密字符串爲BBBBBB，則補位爲BBBBBB22；
//加密字符串爲CCCCCCCC，則補位爲CCCCCCCC88888888
//在這裏爲了簡單，如果r=0，就不補充
char *Padding(char *p,int m)
{
	int n=8-m;
	int i;
	if(m==8)
		return p;
	else
	{
		for(i=m;i<8;i++)
		{
			p[i]=(char)('0'+n);  
		}
		printf("\n填充過後的：");
		for (i=0;i<8;i++)//數組賦值
		{
			printf("%c",p[i]);
		}
		return p;
	}
}

//置換函數IP
void IP()
{
	int i;
	printf("IP置換後的明文：\n");
	for(i=0;i<64;i++)
	{
		plaintextBinary[i]=inputBinary[DES_IP[i]-1];
	}
	for(i=0;i<64;i++)
	{
		if(i%8==0&&i!=0)
			printf("\n");
		printf("%d",plaintextBinary[i]);

	}
}
int main()
{
	int m;  //爲方便  只能輸入英文且爲8個以內 
	int i;  //用作循環
	char *p;
	char *key;

	//用戶輸入的密鑰
	//可以是64個0 1數字，越隨機越安全   爲方便直接設置與明文一樣的八個字節的英文字母 
	//超出只取前8個
	printf("輸入密鑰（8個字母或者數字）：");
	key=(char*)malloc(10*(sizeof(char)));
	memset(key,0,10);
	gets(key);
	printf("密鑰：%s",key);
	toKeytBinary(key);
	displace();
	for(i=0;i<16;i++)
	{
		leftShift(i+1);
		condenseBinary(i+1);
	}





	//用戶輸入的要加密的明文
	printf("\n你要加密的英文字母或者數字個數（8個以內）：");
	scanf("%d",&m);//scanf只是遇到回車符的時候結束，並沒有把回車符輸入，因此輸入流中還有一個回車符
	getchar();//把輸入流中的回車符讀走
	p = (char*)malloc(8*(sizeof(char)));//動態申請內存
	memset(p,0,8);//初始化，每個元素都爲零
	for (i=0;i<m; i++)//數組賦值
	{
		scanf("%c",&p[i]);
	}
	for (i=0;i<8;i++)//數組賦值
	{
		printf("%c",p[i]);
	}
	toPlainTextBinary(Padding(p,m));
	IP();



	free(p);
	free(key);
	return 0;
}