DES加密实现（翻译自书籍《Wiley.Implementing.SSL.TLS.Using.Cryptography.and.PKI》）

理解BlockCipher加密算法

• 凯撒大帝被认为是最古老的对称加密算法。所谓的凯撒加密法（你也许可以从报纸上找到一个作为消遣来玩），它随机的给每一个字母分配一个数字。在这个简单的算法当中，字母到数字的映射就是key。现代加密算法比凯撒算法肯定复杂的多，以便抵御来自计算机的攻击。尽管基本原理是一样，替换一个字母或其它什么东西为另外一个字母或其它什么东西，后续都对替换后的东西进行处理，在几个世纪以来，更多的混淆和扩散（confusion and diffusion）要素被加入，从而创建了现代加密算法。一个很重要的技术就是同时操作一组字符，而不是一个。现在用的最多的对称加密算法类别就是块加密算法，它对固定数目的字节进行操作，而不是一个字符。
• 在这一部分我们来考察3种最流行的块加密算法，也是我们在工作中最可能碰到的现代加密算法。这些算法也许会在未来几十年还有意义，要修改加密标准，那个过程是非常非常慢的；需要密码专家进行大量的研究和分析。

实现DES加密算法

• DES是Data Encryption Standard（数据加密标准）的简称，它是1974年，在NSA的要求下，由IBM实现和提出的；它也是第一个可以公开获取的针对计算机的加密算法。尽管在后文你看可以看到，DES不再认为是足够安全的，但是它还在被广泛地使用着。并且它也是学习对称加密算法的好入口。DES中的绝大多数概念都会在其它加密算法中出现。
• DES将输入分成8字节的块，然后使用一个8字节的key来混淆它们。这个混淆的过程有一系列的固定置换（将第34位和28位互换，28位和17位互换等等）、轮换以及XORs。尽管DES的核心（也就是DES为什么是安全的）是因为S boxes的操作，经过它输入的每6个bit，都会固定地4bit的输出；但是这个过程是不可逆的（除非有key）。
• 和任何现代对称加密算法一样，DES也非常依赖于XOR操作。【异或操作介绍略】

• 异或一个非常有趣的属性就是它是可逆的，比如：

                    

• 在实现DES的时候，我们一般操作的是字节数组，以便充分利用硬件对整数操作的优势。传统上，DES是使用大端来描述的，但是x86等架构都是小端的；为了充分利用硬件性能，我们需要对规范中的一些部分进行反转，不过在这里，我们不需要这么做 
• 作为一个替代方案，我们操作byte数组。因为我们需要操作位，比如：得到64bit中的第39个bit的值；因此我们需要一些宏的支持，从而可以方便的对字节数组进行bit查找和操作。bit操作的宏如下所示：

  // This does not returna 1 for a 1 bit; it just returns non-zero

     #define GET_BIT( array, bit ) \

                ( array[(int ) ( bit/8) ] & ( 0x80>> (bit% 8) ) )

     #define SET_BIT( array, bit ) \

                ( array[(int ) ( bit/8) ] |= ( 0x80>> (bit% 8) ) )

     #define CLEAR_BIT( array, bit ) \

                ( array[(int ) ( bit/8) ] &= ~(0x80>> ( bit% 8) ) )

• 因为这个例子是对字节数组求异或的，所以需要一个方法来支持异或操作。

       static void xor(unsignedchar *target,constunsigned char *src,int len)

       {

             while( len-- )

            {

                   *target++^= *src++;

            }

      } 

• 最后我们还需要一个置换（permute）函数，这个函数根据permute_table数组对输入进行bit置换，比如：输入的第57bit放到输出的第14bit。正如你下面会看到的，这个函数是DES算法调用最频繁的地方；它被调用了10多次（使用不同的置换表permute_table)

/**

* Implement the initialand final permutation functions. permute_table

* and target must haveexactly len and len * 8 number of entries,

* respectively, but srccan be shorter (expansion function depends on this).

* NOTE: this assumesthat the permutation tables are defined as one-based

* rather than 0-basedarrays, since they’re given that way in the

* specification.

*/

static void permute(unsignedchar target[],

        const unsigned char src[],

        const int permute_table[],

        int len)

{

        int i;

        for( i= 0; i<len* 8; i++ )

        {

                if( GET_BIT( src,( permute_table[ i]- 1) ) )

                {

                        SET_BIT(target, i );

                }

                else

                {

                        CLEAR_BIT( target, i );

                }

        }

}

DES初始置换

• DES规范中要求对输入进行一个初始置换。这个置换的目的是什么还不是很清楚，因为它没有任何加密的效果（置换后的安全效果和置换前是一样的）。加入这个置换的目的，也许是为了对某些硬件类型进行优化。尽管如此，如果你不进行这个操作，你的DES加密结果将会是错误的，也不能够和其它实现进行交互。
• 在规范中，对这个置换的描述使用术语：input bits和output bits。它的操作如下：将input最后一个字节的第2个bit拷贝到output第一个字节的第一个bit；然后将input倒数第二个字节的第2个bit拷贝到output第一个字节的第2个bit等等。因此，output的第一个字节是由input左右字节中的第2个bit组成的（反向的）。output的第2个字节是input每个字节的第4个bit组成的（也是反向的）。output的第3个字节是input每个字节的第6个bit组成的，output的第4个字节由input每个字节的第8个bit组成，output的第5个字节由input每个字节的第1个字节组成，等等。
• 故给定8个字节作为输入，操作的结果如下：

• 实现这个置换可以使用前面的置换（permute）函数，其中permute_table如下：（注意：DES认为字节序是大端的）

比如：第一个字节是由原字节数组中，每个字节的第2个bit组成。

      

原字节数组位数的大小，从左到有为：1到64，上图字节数组中标识为1的为58，2为50等等

static const int ip_table[] = {

        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 };

• 在输入被置换之后，它又被用key进行了16轮的操作组合，每一轮做的操作如下：
  • 扩展输入的第32到第64位到48bits（下面会进行描述）
  • 将扩展后的右边部分和key做XOR
  • 使用上面的输出，查询8个s-box表，并使用这些内容来覆盖输入
  • 根据特定的p表来对输出进行置换
  • 将输出和输入的左边部分（1~32）做XOR，然后对左右部分交换；在下一轮，相同的操作被执行，但是左右部分被调换了

        

• 最终，前后部分做最后一次交换，然后对输出做初始置换的反操作，也就抵消了初始置换。

/**

* This just invertsip_table.

*/

static const int fp_table[] = {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 }

上面是最后使用的置换表。

DES Key Schedule

• 在算法描述的第2步中，“将扩展后的右边部分和key做XOR”。如果我们看了图，就会发现，图中的key，分别标记为K1，K2、K3…K15、K16.也就是说有16个不同的48bit的key，他们都是通过原始的64bit的key产生的。
• key经过的初始之后和输入的初始置换很类似，但是还是有点不同，输出的第一个字节是由输入的每个字节的第一个bit组成的，输出的第二个字节是由输入的每个字节的第2个bit组成的，等等。
• 但是key本身使用2个28-bit部分来组成；第2个部分的第一个字节由输入的每个字节的第7个bit组成，第2个字节由输入的每个字节的第6个bit组成等等。由于key的一半是28bit（3个字节加上4个bit），最后的4个bit也是这个规则生成的，但是只对前4个bit这么做。最终，虽然输入的key为8个字节，输出的key只有2个28bit部分，也就是56bit。其余8个bit（每个字节的第8bit）没有被DES使用。

上面的操作可以使用下面的置换表来完成：

static const int pc1_table[] = {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 };

• 在上述算法中的每一轮中，56-bit的key的每个28bit部分，会被向左轮换1或2次，1次是在第1，2，9，16轮中，其它轮次2次。这些轮换后的部分会使用下面的置换表进行置换：

static const int pc2_table[] = {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 };

• 这个置换可以从轮换后的56bit key中产生48bit的subkey。因为做了轮换，所以算法的每一轮都有一个唯一key，K1、K2、K3.。。。K16。这些subkeys被称为key schedule。
• 注意到key schedule和加密操作是独立的，能够预先计算好，在加密或解密之前存储起来。绝大多数的DES实现为了提升性能都是这么做的。
• 56bit key的左轮换的代码如下：

/**

* Perform the leftrotation operation on the key. This is made fairly

* complex by the factthat the key is split into two 28-bit halves, each

* of which has to berotated independently (so the second rotation operation

* starts in the middleof byte 3).

*/

static void rol( unsigned char*target )

{

        intcarry_left, carry_right;

        carry_left= ( target[0 ] &0x80 ) >>3;

        target[0 ] =( target[0 ]<<1 ) |(( target[1 ]&0x80 ) >>7 );

        target[1 ] =( target[1 ]<<1 ) |(( target[2 ]&0x80 ) >>7 );

        target[2 ] =( target[2 ]<<1 ) |(( target[3 ]&0x80 ) >>7 );

        // special handlingforbyte3

        carry_right= ( target[3 ] &0x08 ) >>3;

        target[3 ] =( ( ( target[3 ]<<1 ) |(( target[4 ]&0x80 ) >>7 ) ) &~0x10) | carry_left;

        target[4 ] =( target[4 ]<<1 ) |(( target[5 ]&0x80 ) >>7 );

        target[5 ] =( target[5 ]<<1 ) |(( target[6 ]&0x80 ) >>7 );

        target[6 ] =( target[6 ]<<1 ) | carry_right;

}

通过上面我们可以看到，key的每个字节（在一个7字节数组中）都被左移一位。下一个字节的MSB是LSB；复杂的地方在于key是一个7字节数组，但是这7字节数组分割在第3个字节的中间。

DES Expansion Function

• 注意到前面提到的subkey是48bit长的，但是输入的一半是（L0或R0）32bit的。当前，我们不能够很好的将32bit的输入和48bit的key进行XORs操作。因此，为了和48bit的key进行XOR操作，输入需要进行扩充（对一些bit进行复制）。扩充的输出见下图：

输出被分成8个6bit的块（也就是6个字节），每个块的前两个和后两个bit在前一个块和后一个块是重叠的。同时第一个块和最后一个块是循环重叠，使用输入的最后一个bit作为第一个块的第一个bit，使用输入的第一个bit作为最后一个块的最后一个bit。当然，这些操作也可以使用置换表来进行，表的结构如下：

static const intexpansion_table[] = {

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 };

• 在每一轮中，输入的字节在和subkey进行XOR之后，结果被送入s-box进行查询。s-boxes是DES安全的关键所在。它的一个特性非常重要：输出和输入不是线性关系，否则的话，一个简单的统计分析就可以把key解密出来。比如：攻击者知道字母E是英语中出现频率最多的字符（如果他也知道文件是按照ASCII进行编码的），它可以对输出的字节进行频率统计，找到出现最频繁的，然后假定它就是E，然后进行反推（事实上，在ASCII编码的英文文档，出现最多的是空格，字符编码为32）。如果错了，他就对出现频率第二多的字符进行重试。这类密码分析，使用计算机的话只需要几秒钟就可以完成。因此，s-boxes不是置换表、轮换或XORs，而是由多个完全随机的表组成的。
• 输入的每6bit对应表中的4bit输出（expanded之后的右半部分和sub key进行XOR）。也就是说，每个6bit的输入作为索引去s-boxes去找对应的值。在DES规范中，s-boxes的描述很模糊。我们在这里使用更简洁，便于查询的方式来展示他们。注意：每6个bit都有它们自己的唯一sbox。

static const int sbox[8][64] = {

{ 14,0,4,15,13,7,1,4,2,14,15,2,11,13,8,1,

3,10,10,6,6,12,12,11,5,9,9,5,0,3,7,8,

4,15,1,12,14,8,8,2,13,4,6,9,2,1,11,7,

15,5,12,11,9,3,7,14,3,10,10,0,5,6,0,13 },

{ 15,3,1,13,8,4,14,7,6,15,11,2,3,8,4,14,

9,12,7,0,2,1,13,10,12,6,0,9,5,11,10,5,

0,13,14,8,7,10,11,1,10,3,4,15,13,4,1,2,

5,11,8,6,12,7,6,12,9,0,3,5,2,14,15,9 },

{ 10,13,0,7,9,0,14,9,6,3,3,4,15,6,5,10,

1,2,13,8,12,5,7,14,11,12,4,11,2,15,8,1,

13,1,6,10,4,13,9,0,8,6,15,9,3,8,0,7,

11,4,1,15,2,14,12,3,5,11,10,5,14,2,7,12 },

{ 7,13,13,8,14,11,3,5,0,6,6,15,9,0,10,3,

1,4,2,7,8,2,5,12,11,1,12,10,4,14,15,9,

10,3,6,15,9,0,0,6,12,10,11,1,7,13,13,8,

15,9,1,4,3,5,14,11,5,12,2,7,8,2,4,14 },

{ 2,14,12,11,4,2,1,12,7,4,10,7,11,13,6,1,

8,5,5,0,3,15,15,10,13,3,0,9,14,8,9,6,

4,11,2,8,1,12,11,7,10,1,13,14,7,2,8,13,

15,6,9,15,12,0,5,9,6,10,3,4,0,5,14,3 },

{ 12,10,1,15,10,4,15,2,9,7,2,12,6,9,8,5,

0,6,13,1,3,13,4,14,14,0,7,11,5,3,11,8,

9,4,14,3,15,2,5,12,2,9,8,5,12,15,3,10,

7,11,0,14,4,1,10,7,1,6,13,0,11,8,6,13 },

{ 4,13,11,0,2,11,14,7,15,4,0,9,8,1,13,10,

3,14,12,3,9,5,7,12,5,2,10,15,6,8,1,6,

1,6,4,11,11,13,13,8,12,1,3,4,7,10,14,7,

10,9,15,5,6,0,8,15,0,14,5,2,9,3,2,12 },

{ 13,1,2,15,8,13,4,8,6,10,15,3,11,7,1,4,

10,12,9,5,3,6,14,11,5,0,0,14,12,9,7,2,

7,2,11,1,4,14,1,7,9,4,12,10,14,8,2,13,

0,15,6,12,10,9,13,0,15,3,3,5,5,6,8,11 }

};

注意：sbox是一个二维数组，行为8，列为64；其中列是6bit的索引值检索的。比如：

48bit的值为：101100 000011 110000 010100 001101  000110 001101 110000

也就是索引分别为：44 3 48 20 13 6 13 48

得到的数字为：找到sbox[0][44]为2，则输出的第一个字节的高4bit为2；找到sbox[1][3]为6，则输出第一个字节的低4bit为6等等，最终组成一个4个字节（32bit）的输出。

• 经过上面的替换之后，输入块需要经过最后一次置换操作。置换表如下所示：

static const int p_table[] = {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 };

 

这个操作是对输入的右半部分进行的，做完这个操作之后，对结果和输入的左半部分进行XOR，然后得到的结果成为新的右半部分；在传输之前，原来的右半部分最为新的左半部分。

• 最后，完整的DES加密实现算法如下：

#defineDES_BLOCK_SIZE 8// 64 bits,DES标准中定义的

#defineDES_KEY_SIZE 8//只使用了56bit，但是必须提供8个字节(其余8bit被忽略，见上文)

#defineEXPANSION_BLOCK_SIZE 6//从32bit扩展到48bit，见上面的描述

#definePC1_KEY_SIZE 7//最终使用了key的56bit

#defineSUBKEY_SIZE 6//subkey都是48bit的

//plaintext：需要加密的数据，8个字节；ciphertext：加密后的密文，8个字节；key：密钥，8个字节

static void des_block_operate(const unsigned char plaintext[ DES_BLOCK_SIZE],

unsigned char ciphertext[ DES_BLOCK_SIZE],

const unsigned char key[DES_KEY_SIZE] )

{

        //存储空间；从明文到密文之间经过的结果；不过为了提升性能可以复用这些空间

        unsigned char ip_block[DES_BLOCK_SIZE];

        unsigned char expansion_block[ EXPANSION_BLOCK_SIZE ];

        unsigned char substitution_block[ DES_BLOCK_SIZE / 2];

        unsigned char pbox_target[ DES_BLOCK_SIZE / 2];

        unsigned char recomb_box[ DES_BLOCK_SIZE / 2];

        unsigned char pc1key[PC1_KEY_SIZE];

        unsigned char subkey[SUBKEY_SIZE];

        int round;

        //进行初始置换

        permute(ip_block, plaintext,ip_table, DES_BLOCK_SIZE);

        //64bit的key转换位56bit（2个28bit组成）的keyschedule

        permute(pc1key, key,pc1_table, PC1_KEY_SIZE);

        for( round=0; round<16; round++ )

        {

        // “Feistel function” on the firsthalf of the block in ‘ip_block’

        // “Expansion”. This permutation onlylooks at the first

        // four bytes (32 bits of ip_block);16 of these are repeated

        // in “expansion_table”.

        permute(expansion_block, ip_block + 4, expansion_table,6 );

        // “Key mixing”

        // rotate both halves of the initialkey

        rol(pc1key);

        if( !(round<= 1||round== 8||round== 15) )

        {

        // Rotate twice except in rounds 1, 2,9 & 16

        rol(pc1key);

        }

        permute(subkey, pc1key,pc2_table, SUBKEY_SIZE);

        xor(expansion_block, subkey, 6);

        // Substitution; “copy” from updatedexpansion block to ciphertext block

        memset( (void* ) substitution_block,0, DES_BLOCK_SIZE/ 2);

        substitution_block[0 ] =

        sbox[0 ][( expansion_block[0 ]&0xFC ) >>2 ] <<4;

        substitution_block[0 ]|=

        sbox[1 ][( expansion_block[0 ]&0x03 ) <<4 |

        ( expansion_block[1 ] &0xF0 ) >>4 ];

        substitution_block[1 ] =

        sbox[2 ][( expansion_block[1 ]&0x0F ) <<2 |

        ( expansion_block[2 ] &0xC0 ) >>6 ] <<4;

        substitution_block[1 ]|=

        sbox[3 ][( expansion_block[2 ]&0x3F ) ];

        substitution_block[2 ] =

        sbox[4 ][( expansion_block[3 ]&0xFC ) >>2 ] <<4;

        substitution_block[2 ]|=

        sbox[5 ][( expansion_block[3 ]&0x03 ) <<4 |

        ( expansion_block[4 ] &0xF0 ) >>4 ];

        substitution_block[3 ] =

        sbox[6 ][( expansion_block[4 ]&0x0F ) <<2 |

        ( expansion_block[5 ] &0xC0 ) >>6 ] <<4;

        substitution_block[3 ]|=

        sbox[7 ][( expansion_block[5 ]&0x3F ) ];

        // Permutation

        permute(pbox_target, substitution_block, p_table, DES_BLOCK_SIZE/ 2);

        // Recombination. XOR the pbox withleft half and then switch sides.

        memcpy( (void* ) recomb_box, (void *) ip_block, DES_BLOCK_SIZE / 2);

        memcpy( (void* ) ip_block, (void* ) ( ip_block+ 4),

        DES_BLOCK_SIZE/2 );

        xor(recomb_box, pbox_target, DES_BLOCK_SIZE/ 2);

        memcpy( (void* ) ( ip_block+ 4), (void * )recomb_box,

        DES_BLOCK_SIZE/2 );

        }

        // Swap one last time

        memcpy( (void* ) recomb_box, (void *) ip_block, DES_BLOCK_SIZE / 2);

        memcpy( (void* ) ip_block, (void* ) ( ip_block+ 4), DES_BLOCK_SIZE/ 2);

        memcpy( (void* ) ( ip_block+ 4), (void * )recomb_box,

        DES_BLOCK_SIZE/2 );

        // Final permutation (undo initialpermutation)

        permute(ciphertext, ip_block,fp_table, DES_BLOCK_SIZE);

}

DES解密算法

• DES描述的方式有一个很好的地方是它的解密和加密是一样的，只有key schedule是相反的。在加密的每一轮中，对key是做左轮换；但是在解密时做的是右轮换。其它的都是相似的。我们很容易地对des_block_operate函数增加解密支持，如下面的代码所示：

typedef enum{OP_ENCRYPT, OP_DECRYPT} op_type;

static void des_block_operate(const unsigned char plaintext[ DES_BLOCK_SIZE],

                                      unsigned char ciphertext[ DES_BLOCK_SIZE ],

                                      const unsigned char key[ DES_KEY_SIZE ],

                                      op_type operation )

{

        …

        for( round=0; round<16; round++ )

        {

                permute(expansion_block, ip_block + 4, expansion_table,6 );

                // “Key mixing”

                // rotate both halves of the initialkey

                if(operation== OP_ENCRYPT)

                {

                        rol(pc1key);

                        if( !(round<= 1||round== 8||round== 15) )

                        {

                                // Rotate twice except in rounds 1, 2,9 & 16

                                rol(pc1key);

                        }

                }

                permute(subkey, pc1key,pc2_table, SUBKEY_SIZE);

                if(operation== OP_DECRYPT)

                {

                        ror(pc1key);

                        if( !(round>= 14||round== 7||round== 0) )

                        {

                                // Rotate twice except in rounds 1, 2,9 & 16

                                ror(pc1key);

                        }

                }

                xor(expansion_block, subkey, 6);

        ...

}         

 

ror的代码如下：

static void ror(unsignedchar*target)

{

        int carry_left, carry_right;

        carry_right= ( target[6 ] &0x01 ) <<3;

        target[6 ] =( target[6 ]>>1 ) | ( ( target[5] & 0x01) << 7);

        target[5 ] =( target[5 ]>>1 ) | ( ( target[4] & 0x01) << 7);

        target[4 ] =( target[4 ]>>1 ) | ( ( target[3] & 0x01) << 7);

        carry_left= ( target[3 ] &0x10 ) <<3;

        target[3 ] =( ( ( target[3 ]>>1 ) |

        ( ( target[2] & 0x01) << 7) ) & ~0x08) |carry_right;

        target[2 ] =( target[2 ]>>1 ) | ( ( target[1] & 0x01) << 7);

        target[1 ] =( target[1 ]>>1 ) | ( ( target[0] & 0x01) << 7);

        target[0 ] =( target[0 ]>>1 ) | carry_left;

}

块加密算法中的填充和分组

• 正如前面展示的，DES是对8个字节的块进行操作的。如果输入的字节长度大于8个字节，那么需要反复调用上面的des_block_operate函数。如果输入没有按照8个字节对齐，那就得对输入进行填充。当然，填充的方案必须按照一定的约定，否则各种实现就不通用了。如果我们采用的传统的方式在后面加0，那我们就需要一种方式来确定输入是否真的是以0结尾还是这些0是填充的。NIST发布了800-38A ( http://csrc.nist.gov/publications/nistpubs/800-38a/sp800-38a.pdf )建议在输入的末尾填充bit 1，然后再后面跟上足够的0，使得输入时8字节对齐的。也就是说，如果输入不是8字节对齐的，我们需要在输入后面先增加一个128的字节（0x80），然后后续跟上足够多的值为0的字节。这样在解密的时候，我们对解密后的结果，从末尾开始，如果为0则删除，直到碰上了值为128的字节。比如：如果输入的是abcdef，为了使它成为8字节，填充之后的结果为：61 62 63 64 65 66 80 00【61为a的ascii值，其它类推】。
• 但是上述方式存在一个问题，如果输入就是8字节对齐的，并且是以0x80后跟0x00结尾时，我们在解密的时候会错误删除字节了。因此，当输入时8字节对齐的时候，我们需要填充一个8字节的块（0x80 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0）。
• 现在我们就可以来实现des_encrypt方法，它在对输入填充之后使用 了des_block_operate方法来进行加密。

static void des_operate(const unsigned char *input,

                                int input_len,

                                unsigned char*output,

                                const unsigned char*key,

                                op_typeoperation)

{

        unsigned char input_block[ DES_BLOCK_SIZE ];

        assert( !(input_len% DES_BLOCK_SIZE) );

        while(input_len)

        {

                memcpy( (void* ) input_block, (void *) input, DES_BLOCK_SIZE );

                des_block_operate( input_block, output, key, operation);

                input+= DES_BLOCK_SIZE;

                output+= DES_BLOCK_SIZE;

                input_len-= DES_BLOCK_SIZE;

        }

}

 

des_encrypt方法如下所示：

void des_encrypt(const unsigned char *plaintext,

        const int plaintext_len,

        unsigned char*ciphertext,

        const unsigned char*key)

{

        unsigned char*padded_plaintext;

        int padding_len;

        

        // First, pad the input to a multipleof DES_BLOCK_SIZE

        padding_len= DES_BLOCK_SIZE- ( plaintext_len%DES_BLOCK_SIZE);

        padded_plaintext=malloc(plaintext_len+ padding_len);

        

        // This implements NIST 800-3A padding

        memset(padded_plaintext,0x0,plaintext_len+ padding_len);

        padded_plaintext[ plaintext_len] = 0x80;

        memcpy(padded_plaintext, plaintext,plaintext_len);

        

        des_operate( padded_plaintext, plaintext_len+ padding_len, ciphertext,key, OP_ENCRYPT);

        free(padded_plaintext);

}

 

• 除了上面说的NIST800-38A填充的方法，还有一种填充方法是：PKCS #5 ，它填充的值是需要填充的字节数。这种方式只需要看解密后的最后一个字节的值，然后删除对应数目的字节就可以了。比如：输入的是abcdef，填充之后就是：

6162 63 64 65 66 02 02

a    b   c   d  e    f

因为需要填充2个字节，所以填充的值为2.如果输入是8字节对齐的，那么就增加：0x08 0x08 0x08 0x08 0x08 0x08 0x08 0x08

 

使用PKCS #5填充方案，des_encrypt的实现如下：

// First, pad the inputto a multiple of DES_BLOCK_SIZE

 

padding_len = DES_BLOCK_SIZE- (plaintext_len% DES_BLOCK_SIZE);

padded_plaintext =malloc( plaintext_len+ padding_len);

// This implements PKCS#5 padding.

memset( padded_plaintext,padding_len, plaintext_len + padding_len);

 

memcpy( padded_plaintext,plaintext, plaintext_len );

 

des_operate( padded_plaintext,plaintext_len+ padding_len, ciphertext, key, OP_ENCRYPT);