DES (Data Encryption Standard) Implementation in Go

Project Description

This project implements the DES (Data Encryption Standard) algorithm from scratch in Go, without using pre-built cryptography libraries. DES is a symmetric encryption algorithm that uses a block cipher, operating on 64-bit blocks with a 56-bit effective key (64-bit with parity).

How the DES Algorithm Works

DES is based on the Feistel Lattice and performs the following main steps:

1. Key Generation

• The 64-bit key is reduced to 56 bits through PC-1 permutation
• It is divided into two 28-bit halves
• It generates 16 48-bit subkeys through rotations and PC-2 permutation

2. Encryption Process

• Initial Permutation (IP): Rearranges the 64 bits of the data block
• 16 Feistel Rounds: Each round applies:
• Division of the block into two halves (L and R)
• Function f applied to the right half with the round's subkey
• XOR of the result with the left half
• Swap the halves
• Final Permutation (FP): Final rearrangement of the bits

3. Function f (Kernel) (DES)

• E Expansion: Expands 32 bits to 48 bits
• XOR: With the 48-bit subkey
• S-boxes: 8 substitution boxes that reduce 48 bits to 32 bits
• P Permutation: Rearranges the resulting 32 bits

4. Decryption

• Same process as encryption, but with the subkeys applied in reverse order

Implementation Features

Implemented Features

• ✅ Complete generation of all 16 subkeys
• ✅ All permutations (IP, FP, E, P)
• ✅ All 8 S-boxes of the DES standard
• ✅ Full Feistel functionality
• ✅ PKCS#7 padding for messages of any length
• ✅ ECB (Electronic Codebook) mode
• ✅ Simple interface for Encryption/Decryption

Data Structures

• Permutation Tables: IP, FP, E, P, PC-1, PC-2
• S-boxes: 8 4×16 substitution tables
• Rotations: Number of rotations per round

How to Run

Prerequisites

• Go 1.19 or higher installed
• Operating System: Windows, Linux, or macOS

Installation and Running

1. Clone the repository:

git clone <REPOSITORY_URL>
cd des-cipher-go

2. Run the program:

go run main.go

3. Or compile and run:

go build -o des-cipher main.go
./des-cipher

Example Usage

package main

import (
"fmt"
"encoding/hex"
)

func main() {
// 8-byte (64-bit) key
key := []byte("KEY123")

// Message to be encrypted
plaintext := "Secret message!"

// Create an instance of DES
des, err := NewDES(key)
if err != nil {
panic(err)
}

// Encrypt the message
ciphertext := des.Encrypt([]byte(plaintext))
fmt.Printf("Encrypted: %s\n", hex.EncodeToString(ciphertext))

// Decrypt the message
decrypted := des.Decrypt(ciphertext)
fmt.Printf("Decrypted: %s\n", string(decrypted))
}

Demonstration

The program includes:

• Automatic example: Demonstrates the encryption of a predefined message
• Interactive mode: Allows the user to enter a custom message
• Verification: Confirms that the decryption returns the plaintext
• Hexadecimal display: Displays the ciphertext in hexadecimal format

Security and Limitations

⚠️ Important Notice

This implementation is for educational purposes only. DES is considered insecure for production use due to:

• Only 56-bit key (easily cracked by brute force)
• Known vulnerabilities
• Replaced by more secure algorithms (AES, 3DES)

Implementation Limitations

• ECB mode only: Does not implement more secure modes (CBC, CTR)
• No authentication: Does not include integrity checking
• Performance: Optimized for clarity, not speed

Project Structure

des-cipher-go/
├── main.go # Main code with complete implementation
├── README.md # This documentation

Demonstrated Concepts

• Symmetric Encryption: Same key for encryption and decryption
• Block Cipher: Processing in fixed 64-bit blocks
• Network Feistel's: Fundamental Structure of DES
• Permutations: Controlled Bit Rearrangement
• S-Boxes: Nonlinear Substitution for Security
• Key Generation: Derivation of Multiple Subkeys
• Padding: Handling Variable-Length Messages

References

• FIPS 46-3: Data Encryption Standard (DES)
• "Applied Cryptography" - Bruce Schneier
• NIST Special Publication 800-67: Recommendation for the Triple Data Encryption Algorithm (TDEA) Block Cipher

Author

Developed with ❤️ to demonstrate the fundamentals of symmetric encryption and block cipher algorithms.

License

This project is licensed under the MIT License. See the LICENSE file for more details.

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🇧🇷 Versão em Português

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Implementação DES (Data Encryption Standard) em Go

Descrição do Projeto

Este projeto implementa o algoritmo DES (Data Encryption Standard) do zero em Go, sem o uso de bibliotecas de criptografia prontas. O DES é um algoritmo de criptografia simétrica que utiliza cifra por blocos, operando em blocos de 64 bits com uma chave de 56 bits efetivos (64 bits com paridade).

Como Funciona o Algoritmo DES

O DES é baseado na Rede de Feistel e realiza os seguintes passos principais:

1. Geração das Chaves

• A chave de 64 bits é reduzida para 56 bits através da permutação PC-1
• É dividida em duas metades de 28 bits cada
• Gera 16 subchaves de 48 bits através de rotações e permutação PC-2

2. Processo de Cifragem

• Permutação Inicial (IP): Reorganiza os 64 bits do bloco de dados
• 16 Rounds de Feistel: Cada round aplica:
  • Divisão do bloco em duas metades (L e R)
  • Função f aplicada à metade direita com a subchave do round
  • XOR do resultado com a metade esquerda
  • Troca das metades
• Permutação Final (FP): Reorganização final dos bits

3. Função f (Núcleo do DES)

• Expansão E: Expande 32 bits para 48 bits
• XOR: Com a subchave de 48 bits
• S-boxes: 8 caixas de substituição que reduzem de 48 para 32 bits
• Permutação P: Reorganiza os 32 bits resultantes

4. Decifragem

• Mesmo processo da cifragem, mas com as subchaves aplicadas em ordem reversa

Características da Implementação

Recursos Implementados

• ✅ Geração completa das 16 subchaves
• ✅ Todas as permutações (IP, FP, E, P)
• ✅ Todas as 8 S-boxes do padrão DES
• ✅ Função de Feistel completa
• ✅ Padding PKCS#7 para mensagens de qualquer tamanho
• ✅ Modo ECB (Electronic Codebook)
• ✅ Interface simples para cifragem/decifragem

Estruturas de Dados

• Tabelas de Permutação: IP, FP, E, P, PC-1, PC-2
• S-boxes: 8 tabelas de substituição 4×16
• Rotações: Quantidade de rotações por round

Como Executar

Pré-requisitos

• Go 1.19 ou superior instalado
• Sistema operacional: Windows, Linux ou macOS

Instalação e Execução

1. Clone o repositório:

git clone <URL_DO_REPOSITORIO>
cd des-cipher-go

2. Execute o programa:

go run main.go

3. Ou compile e execute:

go build -o des-cipher main.go
./des-cipher

Exemplo de Uso

package main

import (
    "fmt"
    "encoding/hex"
)

func main() {
    // Chave de 8 bytes (64 bits)
    key := []byte("CHAVE123")
    
    // Mensagem a ser cifrada
    plaintext := "Mensagem secreta!"
    
    // Cria instância do DES
    des, err := NewDES(key)
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    
    // Cifra a mensagem
    ciphertext := des.Encrypt([]byte(plaintext))
    fmt.Printf("Cifrado: %s\n", hex.EncodeToString(ciphertext))
    
    // Decifra a mensagem
    decrypted := des.Decrypt(ciphertext)
    fmt.Printf("Decifrado: %s\n", string(decrypted))
}

Demonstração

O programa inclui:

• Exemplo automático: Demonstra a cifragem de uma mensagem pré-definida
• Modo interativo: Permite ao usuário inserir uma mensagem personalizada
• Verificação: Confirma se a decifragem retorna o texto original
• Exibição hexadecimal: Mostra o texto cifrado em formato hexadecimal

Segurança e Limitações

⚠️ Aviso Importante

Esta implementação é exclusivamente educacional. O DES é considerado inseguro para uso em produção devido a:

• Chave de apenas 56 bits (facilmente quebrada por força bruta)
• Vulnerabilidades conhecidas
• Substituído por algoritmos mais seguros (AES, 3DES)

Limitações da Implementação

• Modo ECB apenas: Não implementa modos mais seguros (CBC, CTR)
• Sem autenticação: Não inclui verificação de integridade
• Performance: Otimizada para clareza, não para velocidade

Estrutura do Projeto

des-cipher-go/
├── main.go          # Código principal com implementação completa
├── README.md        # Esta documentação

Conceitos Demonstrados

• Criptografia Simétrica: Mesma chave para cifrar e decifrar
• Cifra por Blocos: Processamento em blocos fixos de 64 bits
• Rede de Feistel: Estrutura fundamental do DES
• Permutações: Reorganização controlada de bits
• S-boxes: Substituição não-linear para segurança
• Geração de Chaves: Derivação de múltiplas subchaves
• Padding: Tratamento de mensagens de tamanho variável

Referências

• FIPS 46-3: Data Encryption Standard (DES)
• "Applied Cryptography" - Bruce Schneier
• NIST Special Publication 800-67: Recommendation for the Triple Data Encryption Algorithm (TDEA) Block Cipher

Autor

Desenvolvido com ❤️ para demonstrar os fundamentos da criptografia simétrica e algoritmos de cifra por blocos.

Licença

Este projeto está sob a licença MIT. Veja o arquivo LICENSE para mais detalhes.

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