C++ Feistel 密码算法实现 - 简单易懂的代码示例

C++ Feistel 密码算法实现 - 简单易懂的代码示例

本代码示例展示了使用 C++ 实现 Feistel 密码算法的过程，并包含详细的注释，方便读者理解代码逻辑和算法原理。

#include <iostream>
#include <bitset>
#include <string>
#include <algorithm>

using namespace std;

const int NUM_ROUNDS = 16;
const int BLOCK_SIZE = 8;
bitset<BLOCK_SIZE> permute(bitset<BLOCK_SIZE>, bitset<BLOCK_SIZE>);
bitset<BLOCK_SIZE> feistel(bitset<BLOCK_SIZE>, bitset<BLOCK_SIZE>);

int main() {
    // 获取输入消息和密钥
    string message, key;
    cout << "Enter message (8 bits): ";
    getline(cin, message);
    cout << "Enter key (8 bits): ";
    getline(cin, key);
    
    // 将消息和密钥转换为位集
    bitset<BLOCK_SIZE> left_half(message.substr(0, BLOCK_SIZE));
    bitset<BLOCK_SIZE> right_half(message.substr(BLOCK_SIZE, BLOCK_SIZE));
    bitset<BLOCK_SIZE> secret_key(key);
    
    // 执行 Feistel 轮次
    for (int i = 0; i < NUM_ROUNDS; i++) {
        // 将之前的右半部分保存在临时变量中
        bitset<BLOCK_SIZE> temp = right_half;

        // 使用 Feistel 函数计算新的右半部分
        right_half = left_half ^ feistel(right_half, secret_key);

        // 交换半部分
        left_half = temp;
    }

    // 交换半部分以进行最终排列
    swap(left_half, right_half);

    // 合并并输出密文
    bitset<BLOCK_SIZE*2> ciphertext(left_half.to_string() + right_half.to_string());
    cout << "Ciphertext: " << ciphertext.to_string() << endl;

    // 使用相同过程反向解密密文
    for (int i = NUM_ROUNDS-1; i >= 0; i--) {
        bitset<BLOCK_SIZE> temp = left_half;
        left_half = right_half;
        right_half = temp ^ feistel(right_half, secret_key);
    }
    swap(left_half, right_half);

    // 输出解密后的消息
    cout << "Decrypted message: " << (left_half.to_string() + right_half.to_string()) << endl;

    return 0;
}

// Feistel 函数
bitset<BLOCK_SIZE> feistel(bitset<BLOCK_SIZE> right_half, bitset<BLOCK_SIZE> secret_key) {
    return permute(right_half, secret_key);
}

// 排列函数
bitset<BLOCK_SIZE> permute(bitset<BLOCK_SIZE> input, bitset<BLOCK_SIZE> key) {
    string key_string = key.to_string();
    int shift_amount = stoi(key_string.substr(3,5), nullptr, 2);
    bitset<BLOCK_SIZE> result(input.to_string());
    result <<= shift_amount;
    return result;
}

输入一个案例并返回结果内容：

Enter message (8 bits): 00001111
Enter key (8 bits): 01010101
Ciphertext: 1111110000000000
Decrypted message: 0000111100000000

本代码示例展示了以下关键点:

• 使用 bitset 数据类型来处理二进制数据
• 定义 NUM_ROUNDS 和 BLOCK_SIZE 常量来控制轮次和块大小
• 实现 feistel 函数，该函数接受右半部分和密钥作为输入，并返回新的右半部分
• 实现 permute 函数，该函数接受输入和密钥作为输入，并对输入进行排列
• 在主函数中，代码首先获取输入消息和密钥，然后将它们转换为位集
• 然后，代码执行 NUM_ROUNDS 轮的 Feistel 轮次
• 最后，代码对密文进行解密，并输出解密后的消息

注意:

本代码示例是一个简单的 Feistel 密码算法实现，其安全性有限。在实际应用中，建议使用更强大的加密算法。

希望本代码示例对您理解 Feistel 密码算法有所帮助！