本周的密碼學實驗要求使用任意編程語言來實現des加密算法，於是我在查閱了相關資料后有了以下成果。
首先，DES算法作為經典的分塊密碼（block cipher），其主要的實現過程由兩部分組成，分別是密鑰的生成以及明文的處理。
加密的大致流程如圖所示
作為分塊密碼，密鑰的輸入以及明文的輸入均為64位2進制數。
下面首先來說密鑰的生成過程。
密鑰處理部分如圖所示
密鑰的輸入為64位，例如00010011 00110100 01010111 01111001 10011011 10111100 11011111 11110001，然后經過pc-1盒置換，會去除每一個8的倍數位（奇偶校驗位）並打亂次序，將密鑰變為56位。pc-1的置換表如下（框中的數字代表的是原密鑰的位置，而不是數據）
1 57,49,41,33,25,17,9,1, 2 58,50,42,34,26,18,10,2, 3 59,51,43,35,27,19,11,3, 4 60,52,44,36,63,55,47,39, 5 31,23,15,7,62,54,46,38, 6 30,22,14,6,61,53,45,37, 7 29,21,13,5,28,20,12,4
也就是說，經過pc-1盒的置換原來第57位的1將會到第1位，原來49位的數據會到第2位，以此類推。在DES密鑰加密的過程中，這種置換方式經常出現。
在經過了pc-1盒的置換后，原來56位的密鑰會被均分為兩組成為c0，d0。然后l0和d0會經過循環左移（left shift）的處理。
例如一串密鑰為1010101，在經過一位的循環左移后會變成0101011，即循環左移幾位，最左邊的幾位數據會緊接在后面，達到一種左移的效果。左移后的密鑰塊分別稱為c1，d1。這時候，將c1以及d1組合起來，經過pc-2的置換（類似於pc-1）。
1 14,17,11,24,1,5, 2 3,28,15,6,21,10, 3 23,19,12,4,26,8, 4 16,7,27,20,13,2, 5 41,52,31,37,47,55, 6 30,40,51,45,33,48, 7 44,49,39,56,34,53, 8 46,42,50,36,29,32
經過了pc-2盒的置換后，原本56位的密鑰會變為48位。這個時候，第一個能夠用於加密的子密鑰k1就生成好了。在des算法密鑰生成的過程中，一個主密鑰會經過16輪的循環左移和pc-2置換，生成16個子密鑰。循環左移的位數和輪次的關系如下表
后續子密鑰的生成過程就是重復上面的過程，c1和d1再進行循環左移得到c2和d2，再經過pc-2盒置換得到k2，c2和d2再經過左移得到c3和d3經過pc-2盒得到k3.....經過這樣的操作16輪，得到16個子密鑰。密鑰的生成過程大致如上，接下來來闡述明文的處理過程。
明文的處理流程大致如圖所示。
首先，64位明文的輸入需要經過初始置換，並把輸出塊分為L0，R0兩部分，每部分32位。（有點類似於密鑰初始化時的pc-1）置換規則如下:
1 58,50,42,34,26,18,10,2, 2 60,52,44,36,28,20,12,4, 3 62,54,46,38,30,22,14,6, 4 64,56,48,40,32,24,16,8, 5 57,49,41,33,25,17, 9,1, 6 59,51,43,35,27,19,11,3, 7 61,53,45,37,29,21,13,5, 8 63,55,47,39,31,23,15,7
這個過程與pc-1階段類似，置換后的第1位是原來的第58位，第2位是原來的第50位，以此類推。L0是置換后數據的前32位，R0是置換后的后32位。
經過了初始置換之后，R0會進依次進入E-box，S-box，P-box三個置換盒，進行下一步的處理。
E-box的處理過程如圖示
E-box本質上是將原來32位的數據變為了48位，原理是將原來的32位輸入以四位為一個單元分開，然后這個單元的第1位會復制到上一個單元的最后一位，這個單元的最后一位會變為下一個單元的第1位。看圖可知，1234分塊的第一位復制到了最后一塊成為了第48位，第32位復制到了第1位成為了新數據組的第1位，具體過程如果還不明晰的話可以仔細看圖解決。
在經過了E-box后，新的R0變為了48位，剛好與生成的密鑰位數一致。這個時候，需要使用k1和新R0執行一次異或（相同記為0，不同記為1）操作，在異或操作結束后新的數據塊會進入S-Box進行替代。
S-box會將48位的輸入按照次序分為8組，分別進入8個子盒進行替代，每個盒的輸入是6位，輸出是4位。8個子盒原理如下：
S-box1
1 14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7, 2 0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8, 3 4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0, 4 15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13
S-box2
1 15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10, 2 3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5, 3 0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15, 4 13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9
S-box3
1 10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8, 2 13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1, 3 13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7, 4 1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12
S-box4
1 7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15, 2 13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9, 3 10,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,4, 4 3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14
S-box5
1 2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,9, 2 14,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9,8,6, 3 4,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,14, 4 11,8,12,7,1,14,2,13,6,15,0,9,10,4,5,3
S-box6
1 12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11, 2 10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8, 3 9,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,6, 4 4,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13
S-box7
1 4,11,2,14,15,0,8,13,3,12,9,7,5,10,6,1, 2 13,0,11,7,4,9,1,10,14,3,5,12,2,15,8,6, 3 1,4,11,13,12,3,7,14,10,15,6,8,0,5,9,2, 4 6,11,13,8,1,4,10,7,9,5,0,15,14,2,3,12
S-box8
1 13,2,8,4,6,15,11,1,10,9,3,14,5,0,12,7, 2 1,15,13,8,10,3,7,4,12,5,6,11,0,14,9,2, 3 7,11,4,1,9,12,14,2,0,6,10,13,15,3,5,8, 4 2,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11
S-box的計算規則：
以S-box8為例，如果該盒輸入為六位011100。取第一位和最后一位組成二進制數00，轉化為十進制為0，對應該盒第1行。中間四位組成1110，十進制化為14，對應該盒第15列（考試的時候這個地方錯了，，，1551）尋找該盒第1行第15列的元素，是12，轉化為2進制是1100，這也就是該盒的輸出。
在經過了S-box置換后,數據塊還需一步處理，P-box
P-box很簡單，類似於pc-1，就是簡單的置換，32位的輸入置換為32位的輸出。置換表如下：
1 16,7,20,21,29,12,28,17,1,15,23,26,5,18,31,10, 2 2,8,24,14,32,27,3,9,19,13,30,6,22,11,4,25
在經過了這些處理后，原來32位的R0變為了新的32位數據塊，這個時候，使用這32位數據塊和原來的L0進行異或，變為新的32位R1，這時候，原來的R0成為新的L1。R1再經過E-box擴展，和k2（第二個子密鑰）異或，S-box替代，P-box置換的過程。再與L1進行異或，直到使用完所有的16個子密鑰（也是16輪）。
明文經過了這16輪變換之后已經面目全非，這個時候把L和R組合成為64位經過最后的置換，即成為密文。最終置換如下：
1 40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,31, 2 38,6,46,14,54,22,62,30,37,5,45,13,53,21,61,29, 3 36,4,44,12,52,20,60,28,35,3,43,11,51,19,59,27, 4 34,2,42,10,50,18,58 26,33,1,41, 9,49,17,57,25
下面附上從別的老哥那抄來的介紹：
DES的特點：
優點：
效率高，算法簡單，系統開銷小（真的簡單嗎，，，，）
適合加密大量數據
明文長度和密文長度相等
缺點：
需要以安全方式進行秘鑰交換
秘鑰管理復雜
最后是JAVA實現的代碼，我已上傳至我的GitHub，地址為：https://github.com/jason-ralston/DES_cipher各位自行前去食用。