Сдвиг битов с помощью BigIntegers в Java

BigInteger реализует целые числа с бесконечной точностью, поэтому сдвиг влево будет продолжать добавлять нули слева. Вам нужен поворот:

private static BigInteger rotateLeft(BigInteger bi) {
    BigInteger ret = bi.shiftLeft(1);
    if (ret.testBit(32)) {
        ret = ret.clearBit(32).setBit(0);
    }
    return ret;
}

Это будет довольно неэффективно для 32-битных чисел, поэтому вы можете просто использовать примитивы для вращения 28-битных половин DES. Я не знаком с алгоритмом DES, поэтому предположу, что вам нужен BigInteger для чего-то другого.

private static BigInteger rotateLeftPrimitive(BigInteger bi) {
    int value = bi.intValue();
    return BigInteger.valueOf(((value << 1) & 0xffffffe) | ((value >>> 27) & 1));
}

Кажется, вам нужен циклический сдвиг влево. BigInteger.shiftLeft не циклический. Вам нужно будет объединить shiftLeft, shiftRight, and и or точно так же, как если бы вы использовали int и <<.

static BigInteger allOnes(int L) {
    return BigInteger.ZERO
        .setBit(L)
        .subtract(BigInteger.ONE);
}

static BigInteger cyclicLeftShift(BigInteger n, int L, int k) {
    return n.shiftLeft(k)
        .or(n.shiftRight(L - k))
        .and(allOnes(L));
}

Теперь cyclicLeftShift(n, L, k) возвращает n циклически сдвинутых k битов влево, где окно цикла равно L.

Как это работает:

                               _________L__________
                              /                    \
n :                           [ABCDE][FG...........]
                              \__k__/\_____L-k_____/



n.shiftLeft(k) :       [ABCDE][FG...........][00000]
   .or
n.shiftRight(L - k) :                        [ABCDE]

   =                   [ABCDE][FG...........][ABCDE]

                               _________L__________
   .and                       /                    \
allOnes(L) :                  [111..............111]

   =                          [FG...........][ABCDE]

Смотрите также

• http://en.wikipedia.org/wiki/Circular_shift

Примечание: если у вас есть фиксированное L, вы можете немного оптимизировать его, кэшируя allOnes(L) вместо того, чтобы вычислять его каждый раз.

Решение более крупного вопроса: 1) DES не работает и никогда не должен использоваться ни для чего, кроме работы с устаревшими системами, 2) Sun JCE уже предоставляет реализацию (как BouncyCastle и другие поставщики криптографии), и 3) реализация любого криптоалгоритма сложно, и вы действительно хотите использовать хорошо протестированную реализацию для производственного использования.

Если это классное упражнение, я бы использовал byte[] вместо BigInteger. Вам нужно будет сделать немного больше вручную, но это намного ближе к духу DES, поскольку он был разработан для простой аппаратной реализации.

Я думаю, что ваша идея реализации DES с использованием битовых строк разумна как образовательный инструмент. Вместо прямого использования BigIntegers для представления этих строк битов я рекомендую вам создать класс BitString, который реализует именно те методы строки битов, которые вам нужны для вашего проекта. Внутри класса BitString вы можете использовать BigIntegers, но вы можете обнаружить, что простой массив int с 1 битом на элемент массива так же прост или проще, или, может быть, связанный список.