EDA365欢迎您登录！
您需要 登录 才可以下载或查看，没有帐号？注册
x
DES算法
# B' W$ V9 d$ n$ U0 C) v7 S1 I
0 l5 W! h: P w4 j: `8 M2 Y" g一、DES算法. q3 o/ E# H" r# i8 l2 ~* c- ?
* ]' y% o* y2 w5 i美国国家标准局1973年开始研究除国防部外的其它部门的计算机系统的数据加密标准，于 1973年5月15日和1974年8月27日先后两次向公众发出了征求加密算法的公告。加密算法要达到的目的（通常称为DES 密码算法要求）主要为以下四点： ☆提供高质量的数据保护，防止数据未经授权的泄露和未被察觉的修改；
1 v3 y8 ^/ o- z- H5 v
3 q& D. j; ^$ t# p☆具有相当高的复杂性，使得破译的开销超过可能获得的利益，同时又要便于理解和掌握；1 s! I1 t6 X ?( T
+ O; G, n3 p. ]/ l" |☆DES密码体制的安全性应该不依赖于算法的保密，其安全性仅以加密密钥的保密为基础；# n4 Y" q3 J' z* e
$ i" k8 p( S( X- Y☆实现经济，运行有效，并且适用于多种完全不同的应用。
1 ^! O$ ?# ^2 T5 h% y) r8 Y4 |4 L
" I+ c; t: O# _9 {' p! L$ o7 v+ G3 k1 s
1977年1月，美国政府颁布：采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准（DES棗Data Encryption Standard）。
5 B# U+ o; a o4 G0 m& I! {2 K8 k1 O1 T4 w5 e0 h
目前在国内，随着三金工程尤其是金卡工程的启动，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，以此 来实现关键数据的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密传输，IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等，均用到DES算法。# ^8 c T% N8 q* H
DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。
& a* p( E" i0 D2 v* V5 F9 ]! rDES算法是这样工作的：如Mode为加密，则用Key 去把数据Data进行加密， 生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式（64 位）作为DES的输出结果。在通信网络的两端，双方约定一致的Key，在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密，然后以密码形式在公共通信网（如电 话网）中传输到通信网络的终点，数据到达目的地后，用同样的Key对密码数据进行解密，便再现了明码形式的核心数据。这样，便保证了核心数据（如PIN、 MAC等）在公共通信网中传输的安全性和可靠性。
1 d+ ]7 T' U8 R9 u3 c2 D通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key，便能更进一步提高数据的保密性，这正是现在金融交易网络的流行做法。
1 G2 j( {6 M, Q4 M7 I0 [+ vDES算法详述
1 [$ L9 o- u z" O( r9 _ \DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，它所使用的密钥也是64位，整个算法的主流程图如下：
1 i4 t1 T. q+ a- t$ u6 G其功能是把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位，其置换规则见下表：
6 d9 a, X+ H# Q9 d' d( Y! T- B/ u) M/ W58,50,12,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,
2 c' I! u8 `$ |62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,# p5 ]5 H0 u9 j5 M
57,49,41,33,25,17, 9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,3 L, g3 h/ w+ G2 S
61,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7,# t, W5 y9 d: k$ d0 z& W3 a
即将输入的第58位换到第一位，第50位换到第2位，...，依此类推，最后一位是原来的第7位。L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左 32位，R0 是右32位，例：设置换前的输入值为D1D2D3......D64，则经过初始置换后的结果为：L0=D58D50...D8；R0= D57D49...D7。! c- i( h. h! p# f [5 Y
经过16次迭代运算后。得到L16、R16，将此作为输入，进行逆置换，即得到密文输出。逆置换正好是初始置的逆运算，例如，第1位经过初始置换后，处于第40位，而通过逆置换，又将第40位换回到第1位，其逆置换规则如下表所示：
# h+ M" S$ @% T$ T+ s' c! K/ |40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,31,
3 ^4 E) E, ~3 |38,6,46,14,54,22,62,30,37,5,45,13,53,21,61,29,/ G, G E7 \6 M5 C3 q
36,4,44,12,52,20,60,28,35,3,43,11,51,19,59,27,
) x$ G& Q* f2 G H* u# d34,2,42,10,50,18,58 26,33,1,41, 9,49,17,57,25,
1 P1 \; P" Y# R" I* l% M放大换位表
8 H8 j* x1 N) _9 X1 \3 ^32, 1, 2, 3, 4, 5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 8, 9, 10,11,
9 p$ K' Y: ~% {2 @/ j12,13,12,13,14,15,16,17,16,17,18,19,20,21,20,21,
3 M3 _1 Q3 W5 U6 I; V0 W22,23,24,25,24,25,26,27,28,29,28,29,30,31,32, 1,2 j! T3 {7 t8 X! e8 i
单纯换位表
6 u6 b5 D: n' Z16,7,20,21,29,12,28,17, 1,15,23,26, 5,18,31,10,7 n- h$ S! s. E' x7 l) M( y0 @
2,8,24,14,32,27, 3, 9,19,13,30, 6,22,11, 4,25,1 `2 o1 F+ _: a5 c4 E+ W$ i3 m! }
在f(Ri,Ki)算法描述图中，S1,S2...S8为选择函数，其功能是把6bit数据变为4bit数据。下面给出选择函数Si(i=1,2......8)的功能表：
+ {8 b, P/ b" g9 \7 y选择函数Si
2 i2 V9 J) M+ |S1:
. D; m# z+ C9 ~: ]" z8 p14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7,
- k4 j& ~; T2 B+ k! X8 ]% Z5 _% F0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8,
9 G2 n9 y; d, c7 N# S2 w5 v4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0,5 p, Z) D$ C3 l% g
15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13,
; p% T& Q7 l$ X; HS2:8 f% x3 k, P8 p
15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10,
8 H2 U" n2 [3 {- `% f; g3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5,# A# H0 L' f' y5 c. `- V
0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15," ]8 c5 R' u) i, P1 s
13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9,
Z7 M2 F. `. h- u- hS3:
0 y# X( h$ S- {6 O1 Y/ G6 e10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8,
- t4 f6 {; ?- [0 K, U* F$ F% |13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1,- d- ?5 t/ o, O; b) ^) c7 C
13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7,
. v Z$ D! _, i7 m1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12,
1 r \# D& @# w# A5 _S4:3 y7 [+ F8 M; @" G5 \+ k
7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15,: V1 d, f: b# g' C6 g
13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9,, ]3 {/ c+ g0 w
10,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,4,
8 h3 e3 ^. F7 f9 q; Z3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14,) C' h4 b- @" g' s' j
S5:( @$ G. g" v4 W. ]2 O% {
2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,9,
/ d5 c5 B3 {% q/ H; }1 Z0 I14,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9,8,6,7 g& G) u) o S! K$ w& `
4,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,14,
+ _1 z& ~& V, a+ }' n11,8,12,7,1,14,2,13,6,15,0,9,10,4,5,3," V: ]; X" }% K9 w! W \
S6:
, s0 N: u# }# ^4 x; z12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11,
4 X8 ~& m' _; |1 K: d' @10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8,
! m0 ^: {' o% h7 K+ {9,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,6,
$ {. [/ D X' \; U4,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13,3 t6 i8 s5 g5 V
S7:* v/ [+ T; _6 }2 h) z
4,11,2,14,15,0,8,13,3,12,9,7,5,10,6,1,
/ }1 I8 ?9 O' @8 S% y; @13,0,11,7,4,9,1,10,14,3,5,12,2,15,8,6,. d$ }' U3 G% \8 l
1,4,11,13,12,3,7,14,10,15,6,8,0,5,9,2,9 p+ j) c x3 W& ?% ?
6,11,13,8,1,4,10,7,9,5,0,15,14,2,3,12,, e; R/ x% h, g
S8:3 T' L- ^) n2 P$ X6 w
13,2,8,4,6,15,11,1,10,9,3,14,5,0,12,7,
& m0 ?" x5 l! ]( g" e/ N- z1,15,13,8,10,3,7,4,12,5,6,11,0,14,9,2,
, t0 B# v) N! g! T8 A+ {4 K* [7,11,4,1,9,12,14,2,0,6,10,13,15,3,5,8,+ Y* ^" a- B1 H
2,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11,
v, y* T( ^/ x在此以S1为例说明其功能，我们可以看到：在S1中，共有4行数据，命名为0，1、2、3行；每行有16列，命名为0、1、2、3，......，14、15列。
8 D+ {. J: r0 G2 ~现设输入为： D＝D1D2D3D4D5D6
/ g. v8 X- ? L* f j令：列＝D2D3D4D5
4 \# D8 [% n7 x" Q& m1 \6 B行＝D1D6; r% |& c/ [# m
然后在S1表中查得对应的数，以4位二进制表示，此即为选择函数S1的输出。下面给出子密钥Ki(48bit)的生成算法% ~+ s4 P# g, @$ D) O3 M
从子密钥Ki的生成算法描述图中我们可以看到：初始Key值为64位，但DES算法规定，其中第8、16、......64位是奇偶校验位，不参与 DES运算。故Key 实际可用位数便只有56位。即：经过缩小选择换位表1的变换后，Key 的位数由64 位变成了56位，此56位分为C0、D0两部分，各28位，然后分别进行第1次循环左移，得到C1、D1，将C1（28位）、D1（28位）合并得到56 位，再经过缩小选择换位2，从而便得到了密钥K0（48位）。依此类推，便可得到K1、K2、......、K15，不过需要注意的是，16次循环左移对 应的左移位数要依据下述规则进行：
" I; [8 l9 i" I循环左移位数7 R6 @$ s7 |* E+ D
1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1
2 ]6 k3 k: G+ J; a以上介绍了DES算法的加密过程。DES算法的解密过程是一样的，区别仅仅在于第一次迭代时用子密钥K15，第二次K14、......，最后一次用K0，算法本身并没有任何变化。
) L1 J# W; K: F' c4 I# t. ]# h- S3 g! W; C9 \4 z6 Z, n# B' v
6 X! K8 C4 p: ^5 ~! q8 ], l, u+ v& y; e
4 Q8 p% I* R! h1 s8 n8 Z8 j, ?
二、DES算法理论图解% n* L" Q, @! {
+ D/ B4 w4 A- `- z8 z! Z; J
DES的算法是对称的，既可用于加密又可用于解密。下图是它的算法粗框图。其具体运算过程有如下七步。 e$ i4 ]" E, }- ?/ e# W
1 z% M& g' M# h6 l, |- Y `+ u, }' U
三、DES算法的应用误区 - t2 [0 _; W$ z+ Q
. `# ~( N3 m) h' p! _+ v
DES算法具有极高安全性，到目前为止，除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外，还没有发现更有效的办法。而56位长的密钥的穷举空间为256，这意 味着如果一台计算机的速度是每一秒种检测一百万个密钥，则它搜索完全部密钥就需要将近2285年的时间，可见，这是难以实现的，当然，随着科学技术的发 展，当出现超高速计算机后，我们可考虑把DES密钥的长度再增长一些，以此来达到更高的保密程度。
+ k8 a# D y4 j由上述DES算法介绍我们可以看到：DES 算法中只用到64位密钥中的其中56位，而第8、16、24、......64位8个位并未参与DES运算，这一点，向我们提出了一个应用上的要求，即 DES的安全性是基于除了8，16，24，......64位外的其余56位的组合变化256才得以保证的。因此，在实际应用中，我们应避开使用第8， 16，24，......64位作为有效数据位，而使用其它的56位作为有效数据位，才能保证DES算法安全可靠地发挥作用。如果不了解这一点，把密钥 Key的8，16，24，..... .64位作为有效数据使用，将不能保证DES加密数据的安全性，对运用DES来达到保密作用的系统产生数据被破译的危险，这正是DES算法在应用上的误 区，留下了被人攻击、被人破译的极大隐患。
& P% K( X: M m8 p0 |- r2 G1 s: m |
/1 
发表于 2020-9-22 14:47
收藏
淘帖
支持！
反对！