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Java中byte类型学习及DES代码

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   最近在看DES加密算法的java版本,看到好多对byte类型负数的转化,之前一直以为byte是unsigned 的,后来经过查阅得知,java没有unsigned数据类型的,所有类型的数据都是进行的signed运算的,所以在以后使用无符号类型时都要记着要手动写函数转化,经过这一遭,对java的理解又深了一步
下面是DES的代码,与大家分享(以下是我调试通过的,可以直接运行的)
package com.mz.file;
public class DESEncrypt {
	
	//十六进制符号表
	static final char[] hex = new char[] {'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','A','B','C','D','E','F'};
	//默认密钥
	private String encryptKey = "abcd1234";
	
	//密钥缩位映射表1,共56位
	//左边28位
	static final int []keyMapC1 =new int[]{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		
	};
	//右边28位
	static final int []keyMapD1 = new int[]{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	
	};
	
	//密钥缩位表2,共48位
	static final int []keyMap2 = new int[]{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		
	};
	
	//密钥变换循环移位表,16位
	static final int []ccmovebit = new int[]{1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1};
	
	//密钥产生过程中使用的临时数组
	private int [][]C = new int[17][28];
	private int [][]D = new int[17][28];
	private int [][]keyMap = new int[17][48];
	
	//开始S盒加密时换位表1,64位
	static final int ip[] = {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 
    	};
	
	//结束S盒加密时换位表2,64位
	static final  int _ip[] = {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 
        };
	
	 //放大换位表: 32bit->48bit
	static final int e[] = {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 
	        };
	
	//缩小换位表:48bit->32bit
	static final int e2[] = {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
        };
	
	//S盒矩阵
	static final int sBoxMetrix[][][]= new int[][][]{		 
                { 
                	{14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7},
            	    {0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8},
            	    {4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0},
            	    {15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13} 
            	}, 
            	{ 
            		{15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10},
            		{3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5},
            		{0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15},
            		{13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9} 
                }, 
                { 
                	{10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8}, 
                	{13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1}, 
                	{13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7}, 
                	{1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12} 
                }, 
                { 
                	{7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15}, 
                	{13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9}, 
                	{10,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,4}, 
                	{3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14} 
                }, 
                { 
                	{2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,9}, 
                	{14,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9,8,6}, 
                	{4,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,14}, 
                	{11,8,12,7,1,14,2,13,6,15,0,9,10,4,5,3}, 
                }, 
                { 
                	{12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11}, 
                	{10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8}, 
                	{9,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,6}, 
                	{4,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13} 
                }, 
                { 
                	{4,11,2,14,15,0,8,13,3,12,9,7,5,10,6,1}, 
                	{13,0,11,7,4,9,1,10,14,3,5,12,2,15,8,6}, 
                	{1,4,11,13,12,3,7,14,10,15,6,8,0,5,9,2}, 
                	{6,11,13,8,1,4,10,7,9,5,0,15,14,2,3,12} 
                }, 
                { 
                	{13,2,8,4,6,15,11,1,10,9,3,14,5,0,12,7}, 
                	{1,15,13,8,10,3,7,4,12,5,6,11,0,14,9,2}, 
                	{7,11,4,1,9,12,14,2,0,6,10,13,15,3,5,8}, 
                	{2,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11} 
                }        
	};
	
	/**
	 * 描述: 构造方法,使用默认密钥--abcd1234
	 */
	DESEncrypt(){
		genSubKey();
	}
	
	/**
	 * 描述: 构造方法
	 * @param key  指定加密密钥
	 */
	DESEncrypt(String key){
		this.encryptKey = key;
		genSubKey();
	}
	
	/**
	 * 描述:将Byte数组存储Bit型数据转换为Byte数组存储的Byte型数据
	 * 作者:李海伟
	 * 时间:2012-3-16 上午11:38:40
	 * @param a  存储Bit型数据的数组
	 * @param b  存储Byte型数据的数组
	 */
	private void bit2Byte(byte[] a,byte[] b){
		int i=0,value=0,base=0;
		for(i=0;i<b.length;i++){
			base = i*8;
			value = a[base+0]*128 + a[base+1]*64 + a[base+2]*32 + a[base+3]*16 + a[base+4]*8 + a[base+5]*4 + a[base+6]*2 +a[base+7]*1;
			b[i] = (byte)value;
		}
	}
	
	/**
	 * 描述:将ASCII码字符串转换为二进制数组
	 * 作者:李海伟
	 * 时间:2012-3-7 下午03:44:44
	 * @param bit  8字节的源字符串
	 * @param des  转换后的二进制串(位码由高到低排列)
	 * @return
	 */
	private  void ASCII2Bit( byte bit[],byte des[])
	{
		
		for(int i=0;i<8;i++){
			for(int j=0;j<8;j++){
				des[i*8+j] = (byte)((bit[i] >> (7-j))&0x01);
			}
		}
	}

	/**
	 * 描述:将二进制数组转化为十六进制字符串
	 * 作者:李海伟
	 * 时间:2012-3-14 下午04:42:31
	 * @param a   以byte数组存储的二进制数据
	 * @return    十六进制的字符串
	 */
	private String bit2Hex(byte[]a){
		String strRtn = "";
		int length = a.length;
		int i=0,value=0;
		for(i=0;i<length;i+=4){
			int baseIndex = i;
			value = a[baseIndex+0]*8+a[baseIndex+1]*4+a[baseIndex+2]*2+a[baseIndex+3]*1;
			strRtn += hex[value];
		}
		return strRtn;
	}

	/**
	 * 描述:把十六进制的字符串转换为比特串
	 * 作者:李海伟
	 * 时间:2012-3-16 上午10:18:41
	 * @param hex
	 * @param bit
	 */
	private void hex2Bit(String hex,byte []bit){
		String strTmp ="";
		int i = 0;
		for(i=0;i<hex.length();i++){
			switch(hex.charAt(i))
			{
			case '0':
				strTmp += "0000";
				break;
			case '1':
				strTmp += "0001";
				break;
			case '2':
				strTmp += "0010";
				break;
			case '3':
				strTmp += "0011";
				break;
			case '4':
				strTmp += "0100";
				break;
			case '5':
				strTmp += "0101";
				break;
			case '6':
				strTmp += "0110";
				break;
			case '7':
				strTmp += "0111";
				break;
			case '8':
				strTmp += "1000";
				break;
			case '9':
				strTmp += "1001";
				break;
			case 'A':
				strTmp += "1010";
				break;
			case 'B':
				strTmp += "1011";
				break;
			case 'C':
				strTmp += "1100";
				break;
			case 'D':
				strTmp += "1101";
					break;
			case 'E':
				strTmp += "1110";
				break;
			case 'F':
				strTmp += "1111";
				break;
			}
		}
		for(i=0;i<strTmp.length();i++){
			bit[i]=(byte)(strTmp.charAt(i)-48);
		}
	}
	/**
	 * 描述:根据给定的字符串生成加密秘钥
	 * 作者:李海伟
	 * 时间:2012-3-14 下午01:53:16
	 * @param oldKey
	 * @param newKey
	 */
	private void genSubKey(){
		  int i, k, rol = 0;		 
		  int []tmp = new int[56];
		  //16次循环左移对应的左移位数 
		  byte []oldKey = this.encryptKey.getBytes(); 
		  byte[] oldkey_byte = new byte[64];
		  ASCII2Bit(oldKey, oldkey_byte); 
		//IP变换,分为C,D两部分 
		  for(i=0;i<28;i++){
			  C[0][i] = oldkey_byte[keyMapC1[i]-1];
		  }
		  for(i=0;i<28;i++){
			  D[0][i] = oldkey_byte[keyMapD1[i]-1];
		  }		
		  //分别生成16个子密钥 
		  for(i = 1; i < 17; i++) 
		  { 
		    //循环左移 
		    rol = ccmovebit[i-1]; 
		    //合并左移后的结果 
		    for(k = 0; k < 28; k++){
		    	C[i][k] = C[i-1][(k+rol)%28];
		    	D[i][k] = D[i-1][(k+rol)%28];
		    }
		    //合并C和D
		    for(k=0;k<28;k++){
		    	tmp[k] = C[i][k];
		    	tmp[k+28] = D[i][k];
		    }
		    //位变换 
		    for(k = 0; k < 48; k++) 
		    	keyMap[i][k] = tmp[keyMap2[k] - 1]; 
		  } 
	}
	/**
	 * 描述:进行S盒变换
	 * 作者:李海伟
	 * 时间:2012-3-16 上午09:36:26
	 * @param n   第n轮加密
	 * @param ll  加密前左部分
	 * @param rr  加密前右部分
	 * @param LL  加密后左部分
	 * @param RR  加密后右部分
	 */
	private void F_Sbox(int n, byte[] ll, byte[] rr, byte[] LL, byte[] RR){
		int i, j,y,z,k,m;
		byte[] buffer = new byte[64], tmp = new byte[32],rtnByte = new byte[8] ;
		
		for (i = 0; i < 48; i++)  //明文32比特变48比特
			    buffer[i] = rr[e[i] - 1];
		
		//Ri与Ki进行不进位加法
		for (i = 0; i < 48; i++)
		    buffer[i] = (byte) ((buffer[i] + (byte)(keyMap[n][i]))& 0x01);
		m=0;
		for(i=0;i<8;i++){
			j = 6 * i;
			y = (int)buffer[j]*2 + (int)buffer[j+5];
			z = (int)(buffer[j + 1] * 8 + buffer[j + 2] * 4 + buffer[j + 3] * 2+ buffer[j + 4]);
			rtnByte[i] = (byte)(sBoxMetrix[i][y][z]);
			y = 3;
		    for (k = 0; k < 4; k++) {
		    	tmp[m++] = (byte)((rtnByte[i] >>> y) & 0x01);
		     y--;
		    }		    
		}
		for (k = 0; k < 32; k++)
		    buffer[k] = tmp[e2[k] - 1];
	    for (k = 0; k < 32; k++)
		    RR[k] = (byte)((buffer[k] + ll[k]) & 1);
	    for (k = 0; k < 32; k++)
		    LL[k] = rr[k];
	}
	/**
	 * 描述:分块对明文加密,每块包含8个字节
	 * 作者:李海伟
	 * 时间:2012-3-14 下午04:59:20
	 * @param m_byte
	 * @return
	 */
	private String encryptByBlock(byte[]m_byte){
		
		  byte [] t_bit = new byte [64];
		  byte[] l_byte  = new byte[32]; 
		  byte[] r_byte = new byte[32]; 
		  byte[][] l_bit = new byte[17][32]; 
		  byte[][] r_bit = new byte[17][32];
		  byte []c_bit = new byte[64];
		  byte[] e_bit = new byte[64];
		  //数组初始化
		  int i, j; 
		  //将待加密字串变换成01串 
		  ASCII2Bit(m_byte, t_bit); 
		  
		  //按照ip表对待加密字串进行位变换,分为左右两部分 
		  for(i = 0; i < 32; i++) {
			  l_byte[i] = t_bit[ip[i]-1];
			  r_byte[i] = t_bit[ip[i+32]-1];
		  }
		  
		  //16轮加密
		  for(i=1;i<17;i++){
			  F_Sbox(i, l_byte, r_byte, l_bit[i], r_bit[i]);
			  
			  for (j = 0; j < 32; j++) {
				  l_byte[j] = l_bit[i][j];
				  r_byte[j] = r_bit[i][j];
				    }
		  }
		
		  //组合最终迭代结果并第二次IP变换 
		  for(i=0;i<32;i++){
			  c_bit[i] = r_bit[16][i];
			  c_bit[i+32] = l_bit[16][i];
		  }
		  for(i = 0; i < 64; i++) {
			  e_bit[i] = c_bit[_ip[i]-1];
		  }
		  
		  String encryptText = bit2Hex(e_bit);
		  return encryptText;
	}
	
	/**
	 * 描述:分块解密密文数据
	 * 作者:李海伟
	 * 时间:2012-3-16 上午11:34:42
	 * @param enTxt
	 * @param b
	 */
	private void dencryptByBlock(String txt,byte []b,int k){
		  int i, j; 
		  byte[] l_byte  = new byte[32]; 
		  byte[] r_byte = new byte[32]; 
		  byte[][] l_bit = new byte[17][32]; 
		  byte[][] r_bit = new byte[17][32];
		  byte []c_bit = new byte[64];
		  byte[] e_bit = new byte[64];
		  byte []enTxt = new byte[64];
		//按照ip表对待解密字串进行位变换,分为左右两部分 
		  hex2Bit(txt,enTxt);
		  for(i = 0; i < 32; i++) {
			  l_byte[i] = enTxt[ip[i]-1];
			  r_byte[i] = enTxt[ip[i+32]-1];
		  }
		  //16轮解密
		  for(i=16;i>0;i--){
			  F_Sbox(i, l_byte, r_byte, l_bit[i], r_bit[i]);
			  
			  for (j = 0; j < 32; j++) {
				  l_byte[j] = l_bit[i][j];
				  r_byte[j] = r_bit[i][j];
				    }
		  }
		//组合最终迭代结果并第二次IP变换 
		  for(i=0;i<32;i++){
			  c_bit[i] = r_bit[1][i];
			  c_bit[i+32] = l_bit[1][i];
		  }
		  for(i = 0; i < 64; i++) {
			  e_bit[i] = c_bit[_ip[i]-1];
		  }
		  for(i=0;i<64;i++){
			  b[i]=e_bit[i];
		  }
	}

	/**
	 * 描述:对传入的明文字符串进行加密
	 * 作者:李海伟
	 * 时间:2012-3-15 上午09:51:19
	 * @param txt  待加密明文字符串
	 * @return	加密后的密文字符串
	 */
	public String encrypt(String txt)
	{
		
		 int dataLen = txt.length();//待加密数据的长度
		 byte []in = txt.getBytes();
		 byte te8bit[]=new byte[]{0,0,0,0,0,0,0,0}; 
		 
	    // 这是待加密字串的调整长度 
	    // 如果原始长度是8的整数倍,则调整长度的值和原来的长度一样 
	    // 如果原始长度不是8的整数倍,则调整长度的值是能被8整除且不大于原来长度的最大整数。 
	    //也就是不需要补齐的块的总长度。 
	    int te_fixlen = dataLen - (dataLen % 8);
	    
	    // 将待加密密文以8为单位分段,把最后长度不足8的一段存储到te8bit中。 
	    for(int i = 0; i < (dataLen % 8); i++) 
	        te8bit[i] = in[te_fixlen + i]; 
	   String strRtn = "";
		    // 将待加密字串分以8字节为单位分段加密 
	    byte src[]= new byte[8];
	    for(int i = 0; i < te_fixlen; i += 8)
	    {
	        for(int k=0;k<8;k++)
	    	{
	        	src[k] = in[i+k];
	    	}
	    	strRtn += encryptByBlock(src);
	    }
		      
	    // 如果待加密字串不是8的整数倍,则将最后一段补齐(补0)后加密 
	    if(dataLen % 8 != 0) 
	    	strRtn += encryptByBlock(te8bit);
	    return strRtn;
	}
	/**
	 * 描述:对传入密文进行解密操作,并返回原文
	 * 作者:李海伟
	 * 时间:2012-3-19 上午10:11:31
	 * @param m_txt 密文字符串
	 * @param len 原文长度
	 * @return
	 */
	public String dencrypt(String m_txt,int len)
	{
		byte b_bit[] = new byte[64],a_byte[]= new byte[8],c_byte[] = new byte[len];
		int i=0,j=0,k=0;
		for(i=0;i<m_txt.length();i=i+16)
		{
			dencryptByBlock(m_txt.substring(i, i+16), b_bit,1);
			bit2Byte(b_bit,a_byte);
			k=0;
			while((j<len)&&(k<a_byte.length)){
				c_byte[j++] = a_byte[k++];
			}
			if(!(j<len))
			{
				break;
			}
		}
		return new String(c_byte);
	}
	/**
	 * 描述:以字符串形式返回当前使用的密钥
	 * 作者:李海伟
	 * 时间:2012-3-15 上午11:25:52
	 */
	public String getKey(){
		
		return this.encryptKey;
	}
	
	public void test (){
		byte []a= new byte[32*4];
		String srcStr = "0020321745";//002032174
		String str=encrypt(srcStr);
		System.out.println("原文:["+srcStr+"]\n加密后的密文:["+str+"]");
		String srcStr2 = dencrypt(str,srcStr.getBytes().length);
		System.out.println("解密后的原文:"+srcStr2);
	}
	public static void main(String []args){
		DESEncrypt des = new DESEncrypt("abcdabcd");
		des.test();
		System.out.println("excute success!");
	}
}



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