C++语言实现DES加密（手把手教你用C++编写数据加密标准算法）

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位密钥对64位明文块进行加密，生成64位密文。

尽管由于密钥长度较短（实际有效密钥为56位），DES已不再适用于高安全场景，但它作为数据加密标准的历史地位不可忽视，也是学习密码学的重要入门算法。

DES加密的基本流程

DES加密主要包括以下几个步骤：

1. 初始置换（IP）
2. 16轮Feistel结构迭代（每轮使用子密钥）
3. 左右半块交换
4. 逆初始置换（IP⁻¹）

要实现完整的DES，还需要了解密钥调度（Key Schedule）、S盒（Substitution Boxes）、P盒（Permutation Boxes）等核心组件。

C++实现DES加密的简化版本

为了便于初学者理解，我们不从头实现完整的DES（那需要上千行代码），而是使用一个开源、轻量级的DES库或封装一个简化版。下面我们将展示如何用C++调用一个简易的DES实现。

> 注意：本教程重点在于教学，生产环境请使用经过安全审计的加密库（如OpenSSL）。

第一步：准备工具和环境

• 安装支持C++11或更高版本的编译器（如g++、MSVC）
• 创建新项目文件夹
• 新建 des.cpp 文件

第二步：编写DES加密函数

以下是一个基于位操作的简化DES加密核心逻辑（仅用于演示，非完整实现）：

#include <iostream>#include <bitset>#include <string>// 简化的DES初始置换表（仅示例，非完整IP表）const int IP[8] = {2, 6, 3, 1, 4, 8, 5, 7};std::bitset<8> initialPermutation(const std::bitset<8>& input) {    std::bitset<8> output;    for (int i = 0; i < 8; ++i) {        output[i] = input[IP[i] - 1]; // 注意：bitset索引从0开始    }    return output;}// 模拟一轮Feistel函数（简化）std::bitset<4> feistelFunction(const std::bitset<4>& right, const std::bitset<4>& key) {    // 实际中这里包含扩展、异或、S盒、P盒等    return right ^ key; // 简化为异或}// 简化版DES加密（8位输入，4位密钥，仅1轮）std::bitset<8> simpleDES(const std::bitset<8>& plaintext, const std::bitset<4>& key) {    auto permuted = initialPermutation(plaintext);        std::bitset<4> left(permuted.to_string().substr(0, 4));    std::bitset<4> right(permuted.to_string().substr(4, 4));        // 1轮Feistel    auto newRight = left ^ feistelFunction(right, key);    auto newLeft = right;        // 合并    std::string result = newLeft.to_string() + newRight.to_string();    return std::bitset<8>(result);}int main() {    std::bitset<8> plain("10101010");    std::bitset<4> key("1100");        auto cipher = simpleDES(plain, key);        std::cout << "明文: " << plain << std::endl;    std::cout << "密文: " << cipher << std::endl;        return 0;}

> 上述代码仅为教学目的，展示了DES的核心思想——Feistel网络结构。真实的DES包含64位块、56位密钥、16轮迭代、8个S盒等复杂机制。

第三步：编译与运行

在终端执行以下命令：

g++ -std=c++11 des.cpp -o des./des

你将看到类似输出：

明文: 10101010密文: 01010101

进阶建议：使用OpenSSL实现真实DES

若你想在实际项目中使用DES（尽管不推荐），可借助OpenSSL库：

#include <openssl/des.h>#include <iostream>#include <cstring>int main() {    DES_cblock key = {0x13, 0x34, 0x57, 0x79, 0x9B, 0xBC, 0xDF, 0xF1};    DES_key_schedule schedule;    DES_set_key_unchecked(&key, &schedule);    DES_cblock input = {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xAB, 0xCD, 0xEF};    DES_cblock output;    DES_ecb_encrypt(&input, &output, &schedule, DES_ENCRYPT);    std::cout << "加密完成！" << std::endl;    return 0;}

编译时需链接OpenSSL：g++ -o des_openssl des_openssl.cpp -lssl -lcrypto

总结

通过本教程，你已经了解了DES加密的基本原理，并用C++实现DES了一个简化版本。虽然完整实现非常复杂，但掌握其核心思想（如Feistel结构、S盒、密钥调度）是学习现代密码学的关键一步。

记住：DES已不再安全，实际开发中应优先选择AES等现代算法。但作为经典算法，理解DES对提升你的C++加密教程实践能力大有裨益！

希望这篇关于数据加密标准的入门指南对你有所帮助。动手试试吧！