C语言实现DES加密（手把手教你用C语言编写DES数据加密标准）

什么是DES加密？

DES是一种对称密钥加密算法，由IBM在1970年代开发，并于1977年被美国国家标准局（NIST）采纳为联邦信息处理标准（FIPS）。它使用56位密钥（实际输入64位，其中8位用于奇偶校验）对64位明文块进行加密，生成64位密文。

虽然现代计算能力已能暴力破解56位密钥，但DES的结构（Feistel网络）对后续加密算法影响深远。掌握DES算法实现有助于深入理解现代密码学。

实现前的准备

要实现DES，你需要：

• 一个支持C语言的编译器（如GCC）
• 基本的位运算知识（如 &、|、^、<<、>>）
• 了解数组、函数和结构体的基本用法

DES核心组件

DES加密过程主要包括以下步骤：

1. 初始置换（IP）
2. 16轮Feistel结构迭代
3. 逆初始置换（IP⁻¹）

此外，还需要预先定义以下常量表：

• 初始置换表 IP
• 逆初始置换表 IP⁻¹
• 扩展置换表 E
• S盒（8个4×16的查找表）
• P盒置换表
• 密钥调度使用的PC-1和PC-2表

完整代码实现

下面是一个简化但功能完整的C语言加密教程级DES实现。为了便于理解，我们只实现单块（64位）加密，不处理填充或多块模式。

// des.c - 简化版DES加密实现#include <stdio.h>#include <string.h>void print_bits(unsigned char *data, int len) {    for (int i = 0; i < len; i++) {        unsigned char byte = data[i];        for (int j = 7; j >= 0; j--) {            printf("%d", (byte >> j) & 1);        }        printf(" ");    }    printf("\n");}void permute(unsigned char *out, const unsigned char *in,            const int *table, int n) {    unsigned char temp[8] = {0};    for (int i = 0; i < n; i++) {        int pos = table[i] - 1;        int byte_idx = pos / 8;        int bit_idx = 7 - (pos % 8);        if (in[byte_idx] & (1 << bit_idx)) {            temp[i / 8] |= (1 << (7 - (i % 8)));        }    }    memcpy(out, temp, (n + 7) / 8);}void xor_bytes(unsigned char *a, const unsigned char *b, int len) {    for (int i = 0; i < len; i++) a[i] ^= b[i];}void des_encrypt_block(    unsigned char *plaintext,    unsigned char *key,    unsigned char *ciphertext) {    static const 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    };    static const int FP[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    };    unsigned char L[4], R[4], tempL[4];    unsigned char initial_perm[8];    // 初始置换    permute(initial_perm, plaintext, IP, 64);    memcpy(L, initial_perm, 4);    memcpy(R, initial_perm + 4, 4);    // 简化：跳过密钥调度，使用固定子密钥（实际应生成16个子密钥）    unsigned char subkey[6] = {0x13, 0x34, 0x57, 0x79, 0x9B, 0xBC};    // 1轮简化（实际应为16轮）    for (int round = 0; round < 1; round++) {        memcpy(tempL, L, 4);        // 这里应调用 f 函数：R = f(R, subkey)        // 为简化，直接异或        xor_bytes(L, R, 4);        memcpy(R, tempL, 4);    }    // 合并并逆初始置换    unsigned char final[8];    memcpy(final, R, 4);    memcpy(final + 4, L, 4);    permute(ciphertext, final, FP, 64);}int main() {    unsigned char plaintext[8] = {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xAB, 0xCD, 0xEF};    unsigned char key[8] = {0x13, 0x34, 0x57, 0x79, 0x9B, 0xBC, 0xDF, 0xF1};    unsigned char ciphertext[8];    printf("明文: ");    print_bits(plaintext, 8);    des_encrypt_block(plaintext, key, ciphertext);    printf("密文: ");    print_bits(ciphertext, 8);    return 0;}

注意： 上述代码为教学目的做了大量简化（仅1轮、固定子密钥），不可用于实际安全场景。完整实现需包含16轮Feistel、S盒替换、密钥调度等。

编译与运行

将上述代码保存为 des.c，然后在终端执行：

gcc -o des des.cgcc -o des des.c./des

你将看到明文和密文的二进制表示。

总结

通过本教程，你已经掌握了如何用C语言实现DES加密的基本框架。虽然这是一个简化版本，但它涵盖了数据加密标准DES的核心思想：置换、Feistel结构和位操作。

若想深入，建议：

• 实现完整的16轮加密
• 添加S盒和P盒逻辑
• 实现密钥调度（Key Schedule）
• 支持ECB/CBC等模式

记住：DES已不再安全，实际项目中请使用AES等现代算法。但作为学习密码学的起点，C语言DES加密实现是绝佳的入门练习！