C#，河豚算法（Blowfish Algorithm）的加密、解密源代码

Bruce Schneier

1 河豚算法（Blowfish Algorithm）

河豚算法（Blowfish Algorithm）是1993年11月由Bruce Schneier设计的一个完全开源的算法。

Blowfish算法是一个分组长度为64位、密钥长度可变的对称分组密码算法。
Blowfish算法具有加密速度快、紧凑、密钥长度可变、可免费使用等特点，已被广泛应用于众多加密软件。

Blowfish算法是一种对称的分组加密算法，算法核心在于子密钥生成，它将变长密钥扩展成总长4168 Byte的子密钥数组。算法中使用了大量的子密钥，而子密钥又依赖于用户密钥，实际加/解密过程中使用的是更新后的子密钥数组，子密钥即P数组和S盒。Blowfish算法有一个核心加密函数：BF_En()，该函数的输人是64位明文信息，经过运算，以64位密文信息的形式输出。用Blowfish算法加密信息，需要两个过程：密钥预处理和信息加密。同样，解密亦需要两个过程，密钥预处理和信息解密。
Blowfish算法的源密钥——pbox和sbox是固定的，而我们要加密一个信息，需要自己选择一个key，用这个key对pbox和sbox进行变换，得到下一步信息加密所要用的key_pbox和key_sbox。解密亦是如此，由于Blowfish是对称加密算法，解密方在得到key后根据key生成解密所需的key_box和key_sbox。对同一个信息加密解密，选取的key的不同会导致密文的不同。因此，Blowfish算法的关键在于key的选择以及保密。

由于Blowfish算法采用变长密钥，这在给用户带来极大便利的同时也有隐患。由于算法加/解密核心在于密钥的选择和保密，但在实际应用中经常使用一些弱密钥对信息资源进行加密，导致存在着很大的安全隐患。

2 文本格式源程序

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using System.Collections.Generic;

namespace Legalsoft.Truffer.Algorithm
{
public static class Bowfish_Algorithm
{
private static string[,] Substitution_Boxes = new string[,] {
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"9cf2d0a4", "83c061ba", "9be96a4d", "8fe51550", "ba645bd6",
"2826a2f9", "a73a3ae1", "4ba99586", "ef5562e9", "c72fefd3",
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"2547adf0", "ba38209c", "f746ce76", "77afa1c5", "20756060",
"85cbfe4e", "8ae88dd8", "7aaaf9b0", "4cf9aa7e", "1948c25c",
"02fb8a8c", "01c36ae4", "d6ebe1f9", "90d4f869", "a65cdea0",
"3f09252d", "c208e69f", "b74e6132", "ce77e25b", "578fdfe3",
"3ac372e6" }
};

private static string[] Pi_Subkeys = new string[] {
"243f6a88", "85a308d3", "13198a2e", "03707344", "a4093822",
"299f31d0", "082efa98", "ec4e6c89", "452821e6", "38d01377",
"be5466cf", "34e90c6c", "c0ac29b7", "c97c50dd", "3f84d5b5",
"b5470917", "9216d5d9", "8979fb1b"
};

private static long modVal = 1;

private static string HexadecimalToBinary(string plainText)
{
string binary = "";
int n = plainText.Length;
for (int i = 0; i < n; i++)
{
int num = Convert.ToInt32(plainText[i] + "", 16);
string binary4B = Convert.ToString(num, 2);
binary4B = "0000" + binary4B;
binary4B = binary4B.Substring(binary4B.Length - 4);
binary += binary4B;
}
return binary;
}

private static string BinaryToHexadecimal(string plainText)
{
int num = Convert.ToInt32(plainText, 2);
string hexa = num.ToString("x");
while (hexa.Length < (plainText.Length / 4))
{
hexa = "0" + hexa;
}
return hexa;
}

private static string HexadecimalXor(string a, string b)
{
a = HexadecimalToBinary(a);
b = HexadecimalToBinary(b);
string ans = "";
for (int i = 0; i < a.Length; i++)
{
ans += (char)(((a[i] - '0') ^ (b[i] - '0')) + '0');
}
ans = BinaryToHexadecimal(ans);
return ans;
}

private static string AddBinaryModula(string a, string b)
{
int n1 = Convert.ToInt32(a, 16);
int n2 = Convert.ToInt32(b, 16);
n1 = (int)((n1 + n2) % modVal);
string ans = n1.ToString("x");
ans = "00000000" + ans;
return ans.Substring(ans.Length - 8);
}

private static string Function(string plainText)
{
string[] a = new string[4];
for (int i = 0; i < 8; i += 2)
{
int col = Convert.ToInt32(HexadecimalToBinary(plainText.Substring(i, 2)), 2);
a[i / 2] = Substitution_Boxes[i / 2, (int)col];
}
string ans = AddBinaryModula(a[0], a[1]);
ans = HexadecimalXor(ans, a[2]);
ans = AddBinaryModula(ans, a[3]);
return ans;
}

private static void KeyGenerate(string key)
{
int j = 0;
for (int i = 0; i < Pi_Subkeys.Length; i++)
{
Pi_Subkeys[i] = HexadecimalXor(Pi_Subkeys[i], key.Substring(j, 8));
j = (j + 8) % key.Length;
}
}

private static string Round(int time, string plainText)
{
string left, right;
left = plainText.Substring(0, 8);
right = plainText.Substring(8, 16 - 8);
left = HexadecimalXor(left, Pi_Subkeys[time]);
string fOut = Function(left);
right = HexadecimalXor(fOut, right);
return right + left;
}

public static string Encrypt(string plainText, string key = "01234567ABCDEF00")
{
if (modVal == 1)
{
for (int i = 0; i < 32; i++)
{
modVal = modVal << 1;
}
KeyGenerate(key);
}
for (int i = 0; i < 16; i++)
{
plainText = Round(i, plainText);
}
string right = plainText.Substring(0, 8);
string left = plainText.Substring(8, 16 - 8);
right = HexadecimalXor(right, Pi_Subkeys[16]);
left = HexadecimalXor(left, Pi_Subkeys[17]);
return left + right;
}

public static string Decrypt(string plainText, string key = "01234567ABCDEF00")
{
if (modVal == 1)
{
for (int i = 0; i < 32; i++)
{
modVal = modVal << 1;
}
KeyGenerate(key);
}
for (int i = 17; i > 1; i--)
{
plainText = Round(i, plainText);
}
string right = plainText.Substring(0, 8);
string left = plainText.Substring(8, 16 - 8);
right = HexadecimalXor(right, Pi_Subkeys[1]);
left = HexadecimalXor(left, Pi_Subkeys[0]);
return left + right;
}

}
}

3 代码格式

using System;
using System.Text;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;

namespace Legalsoft.Truffer.Algorithm
{
    public static class Bowfish_Algorithm
    {
        private static string[,] Substitution_Boxes = new string[,] {
            { "d1310ba6", "98dfb5ac", "2ffd72db", "d01adfb7", "b8e1afed",
              "6a267e96", "ba7c9045", "f12c7f99", "24a19947", "b3916cf7",
              "0801f2e2", "858efc16", "636920d8", "71574e69", "a458fea3",
              "f4933d7e", "0d95748f", "728eb658", "718bcd58", "82154aee",
              "7b54a41d", "c25a59b5", "9c30d539", "2af26013", "c5d1b023",
              "286085f0", "ca417918", "b8db38ef", "8e79dcb0", "603a180e",
              "6c9e0e8b", "b01e8a3e", "d71577c1", "bd314b27", "78af2fda",
              "55605c60", "e65525f3", "aa55ab94", "57489862", "63e81440",
              "55ca396a", "2aab10b6", "b4cc5c34", "1141e8ce", "a15486af",
              "7c72e993", "b3ee1411", "636fbc2a", "2ba9c55d", "741831f6",
              "ce5c3e16", "9b87931e", "afd6ba33", "6c24cf5c", "7a325381",
              "28958677", "3b8f4898", "6b4bb9af", "c4bfe81b", "66282193",
              "61d809cc", "fb21a991", "487cac60", "5dec8032", "ef845d5d",
              "e98575b1", "dc262302", "eb651b88", "23893e81", "d396acc5",
              "0f6d6ff3", "83f44239", "2e0b4482", "a4842004", "69c8f04a",
              "9e1f9b5e", "21c66842", "f6e96c9a", "670c9c61", "abd388f0",
              "6a51a0d2", "d8542f68", "960fa728", "ab5133a3", "6eef0b6c",
              "137a3be4", "ba3bf050", "7efb2a98", "a1f1651d", "39af0176",
              "66ca593e", "82430e88", "8cee8619", "456f9fb4", "7d84a5c3",
              "3b8b5ebe", "e06f75d8", "85c12073", "401a449f", "56c16aa6",
              "4ed3aa62", "363f7706", "1bfedf72", "429b023d", "37d0d724",
              "d00a1248", "db0fead3", "49f1c09b", "075372c9", "80991b7b",
              "25d479d8", "f6e8def7", "e3fe501a", "b6794c3b", "976ce0bd",
              "04c006ba", "c1a94fb6", "409f60c4", "5e5c9ec2", "196a2463",
              "68fb6faf", "3e6c53b5", "1339b2eb", "3b52ec6f", "6dfc511f",
              "9b30952c", "cc814544", "af5ebd09", "bee3d004", "de334afd",
              "660f2807", "192e4bb3", "c0cba857", "45c8740f", "d20b5f39",
              "b9d3fbdb", "5579c0bd", "1a60320a", "d6a100c6", "402c7279",
              "679f25fe", "fb1fa3cc", "8ea5e9f8", "db3222f8", "3c7516df",
              "fd616b15", "2f501ec8", "ad0552ab", "323db5fa", "fd238760",
              "53317b48", "3e00df82", "9e5c57bb", "ca6f8ca0", "1a87562e",
              "df1769db", "d542a8f6", "287effc3", "ac6732c6", "8c4f5573",
              "695b27b0", "bbca58c8", "e1ffa35d", "b8f011a0", "10fa3d98",
              "fd2183b8", "4afcb56c", "2dd1d35b", "9a53e479", "b6f84565",
              "d28e49bc", "4bfb9790", "e1ddf2da", "a4cb7e33", "62fb1341",
              "cee4c6e8", "ef20cada", "36774c01", "d07e9efe", "2bf11fb4",
              "95dbda4d", "ae909198", "eaad8e71", "6b93d5a0", "d08ed1d0",
              "afc725e0", "8e3c5b2f", "8e7594b7", "8ff6e2fb", "f2122b64",
              "8888b812", "900df01c", "4fad5ea0", "688fc31c", "d1cff191",
              "b3a8c1ad", "2f2f2218", "be0e1777", "ea752dfe", "8b021fa1",
              "e5a0cc0f", "b56f74e8", "18acf3d6", "ce89e299", "b4a84fe0",
              "fd13e0b7", "7cc43b81", "d2ada8d9", "165fa266", "80957705",
              "93cc7314", "211a1477", "e6ad2065", "77b5fa86", "c75442f5",
              "fb9d35cf", "ebcdaf0c", "7b3e89a0", "d6411bd3", "ae1e7e49",
              "00250e2d", "2071b35e", "226800bb", "57b8e0af", "2464369b",
              "f009b91e", "5563911d", "59dfa6aa", "78c14389", "d95a537f",
              "207d5ba2", "02e5b9c5", "83260376", "6295cfa9", "11c81968",
              "4e734a41", "b3472dca", "7b14a94a", "1b510052", "9a532915",
              "d60f573f", "bc9bc6e4", "2b60a476", "81e67400", "08ba6fb5",
              "571be91f", "f296ec6b", "2a0dd915", "b6636521", "e7b9f9b6",
              "ff34052e", "c5855664", "53b02d5d", "a99f8fa1", "08ba4799",
              "6e85076a" },
            { "4b7a70e9", "b5b32944", "db75092e", "c4192623", "ad6ea6b0",
              "49a7df7d", "9cee60b8", "8fedb266", "ecaa8c71", "699a17ff",
              "5664526c", "c2b19ee1", "193602a5", "75094c29", "a0591340",
              "e4183a3e", "3f54989a", "5b429d65", "6b8fe4d6", "99f73fd6",
              "a1d29c07", "efe830f5", "4d2d38e6", "f0255dc1", "4cdd2086",
              "8470eb26", "6382e9c6", "021ecc5e", "09686b3f", "3ebaefc9",
              "3c971814", "6b6a70a1", "687f3584", "52a0e286", "b79c5305",
              "aa500737", "3e07841c", "7fdeae5c", "8e7d44ec", "5716f2b8",
              "b03ada37", "f0500c0d", "f01c1f04", "0200b3ff", "ae0cf51a",
              "3cb574b2", "25837a58", "dc0921bd", "d19113f9", "7ca92ff6",
              "94324773", "22f54701", "3ae5e581", "37c2dadc", "c8b57634",
              "9af3dda7", "a9446146", "0fd0030e", "ecc8c73e", "a4751e41",
              "e238cd99", "3bea0e2f", "3280bba1", "183eb331", "4e548b38",
              "4f6db908", "6f420d03", "f60a04bf", "2cb81290", "24977c79",
              "5679b072", "bcaf89af", "de9a771f", "d9930810", "b38bae12",
              "dccf3f2e", "5512721f", "2e6b7124", "501adde6", "9f84cd87",
              "7a584718", "7408da17", "bc9f9abc", "e94b7d8c", "ec7aec3a",
              "db851dfa", "63094366", "c464c3d2", "ef1c1847", "3215d908",
              "dd433b37", "24c2ba16", "12a14d43", "2a65c451", "50940002",
              "133ae4dd", "71dff89e", "10314e55", "81ac77d6", "5f11199b",
              "043556f1", "d7a3c76b", "3c11183b", "5924a509", "f28fe6ed",
              "97f1fbfa", "9ebabf2c", "1e153c6e", "86e34570", "eae96fb1",
              "860e5e0a", "5a3e2ab3", "771fe71c", "4e3d06fa", "2965dcb9",
              "99e71d0f", "803e89d6", "5266c825", "2e4cc978", "9c10b36a",
              "c6150eba", "94e2ea78", "a5fc3c53", "1e0a2df4", "f2f74ea7",
              "361d2b3d", "1939260f", "19c27960", "5223a708", "f71312b6",
              "ebadfe6e", "eac31f66", "e3bc4595", "a67bc883", "b17f37d1",
              "018cff28", "c332ddef", "be6c5aa5", "65582185", "68ab9802",
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              "29076170", "ecdd4775", "619f1510", "13cca830", "eb61bd96",
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              "3ac372e6" }
        };

        private static string[] Pi_Subkeys = new string[] {
            "243f6a88", "85a308d3", "13198a2e", "03707344", "a4093822",
            "299f31d0", "082efa98", "ec4e6c89", "452821e6", "38d01377",
            "be5466cf", "34e90c6c", "c0ac29b7", "c97c50dd", "3f84d5b5",
            "b5470917", "9216d5d9", "8979fb1b"
        };

        private static long modVal = 1;
        
        private static string HexadecimalToBinary(string plainText)
        {
            string binary = "";
            int n = plainText.Length;
            for (int i = 0; i < n; i++)
            {
                int num = Convert.ToInt32(plainText[i] + "", 16);
                string binary4B = Convert.ToString(num, 2);
                binary4B = "0000" + binary4B;
                binary4B = binary4B.Substring(binary4B.Length - 4);
                binary += binary4B;
            }
            return binary;
        }


        private static string BinaryToHexadecimal(string plainText)
        {
            int num = Convert.ToInt32(plainText, 2);
            string hexa = num.ToString("x");
            while (hexa.Length < (plainText.Length / 4))
            {
                hexa = "0" + hexa;
            }
            return hexa;
        }

        private static string HexadecimalXor(string a, string b)
        {
            a = HexadecimalToBinary(a);
            b = HexadecimalToBinary(b);
            string ans = "";
            for (int i = 0; i < a.Length; i++)
            {
                ans += (char)(((a[i] - '0') ^ (b[i] - '0')) + '0');
            }
            ans = BinaryToHexadecimal(ans);
            return ans;
        }

        private static string AddBinaryModula(string a, string b)
        {
            int n1 = Convert.ToInt32(a, 16);
            int n2 = Convert.ToInt32(b, 16);
            n1 = (int)((n1 + n2) % modVal);
            string ans = n1.ToString("x");
            ans = "00000000" + ans;
            return ans.Substring(ans.Length - 8);
        }

        private static string Function(string plainText)
        {
            string[] a = new string[4];
            for (int i = 0; i < 8; i += 2)
            {
                int col = Convert.ToInt32(HexadecimalToBinary(plainText.Substring(i, 2)), 2);
                a[i / 2] = Substitution_Boxes[i / 2, (int)col];
            }
            string ans = AddBinaryModula(a[0], a[1]);
            ans = HexadecimalXor(ans, a[2]);
            ans = AddBinaryModula(ans, a[3]);
            return ans;
        }

        private static void KeyGenerate(string key)
        {
            int j = 0;
            for (int i = 0; i < Pi_Subkeys.Length; i++)
            {
                Pi_Subkeys[i] = HexadecimalXor(Pi_Subkeys[i], key.Substring(j, 8));
                j = (j + 8) % key.Length;
            }
        }

        private static string Round(int time, string plainText)
        {
            string left, right;
            left = plainText.Substring(0, 8);
            right = plainText.Substring(8, 16 - 8);
            left = HexadecimalXor(left, Pi_Subkeys[time]);
            string fOut = Function(left);
            right = HexadecimalXor(fOut, right);
            return right + left;
        }

        public static string Encrypt(string plainText, string key = "01234567ABCDEF00")
        {
            if (modVal == 1)
            {
                for (int i = 0; i < 32; i++)
                {
                    modVal = modVal << 1;
                }
                KeyGenerate(key);
            }
            for (int i = 0; i < 16; i++)
            {
                plainText = Round(i, plainText);
            }
            string right = plainText.Substring(0, 8);
            string left = plainText.Substring(8, 16 - 8);
            right = HexadecimalXor(right, Pi_Subkeys[16]);
            left = HexadecimalXor(left, Pi_Subkeys[17]);
            return left + right;
        }

        public static string Decrypt(string plainText, string key = "01234567ABCDEF00")
        {
            if (modVal == 1)
            {
                for (int i = 0; i < 32; i++)
                {
                    modVal = modVal << 1;
                }
                KeyGenerate(key);
            }
            for (int i = 17; i > 1; i--)
            {
                plainText = Round(i, plainText);
            }
            string right = plainText.Substring(0, 8);
            string left = plainText.Substring(8, 16 - 8);
            right = HexadecimalXor(right, Pi_Subkeys[1]);
            left = HexadecimalXor(left, Pi_Subkeys[0]);
            return left + right;
        }

    }
}

4 drive代码

using Legalsoft.Truffer.Algorithm;

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
string src = "123456abcd132536";
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.AppendLine("Source string: " + src + "<br>");
//string ens = "d748ec383d3405f7";
string ens = Bowfish_Algorithm.Encrypt(src, "aabb09182736ccdd");
sb.AppendLine("Crypt string: " + ens + "<br>");
string dns = Bowfish_Algorithm.Decrypt(ens, "aabb09182736ccdd");
sb.AppendLine("Decrypt string: " + dns + "<br>");

webBrowser1.DocumentText = sb.ToString();
}

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using Legalsoft.Truffer.Algorithm;

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    string src = "123456abcd132536";
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    sb.AppendLine("Source string: " + src + "<br>");
    //string ens = "d748ec383d3405f7";
    string ens = Bowfish_Algorithm.Encrypt(src, "aabb09182736ccdd");
    sb.AppendLine("Crypt string: " + ens + "<br>");
    string dns = Bowfish_Algorithm.Decrypt(ens, "aabb09182736ccdd");
    sb.AppendLine("Decrypt string: " + dns + "<br>");

    webBrowser1.DocumentText = sb.ToString();
}