des加密算法理论

乐乐天

[PP]一、DES算法

　　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： [COLOR=#000000][/COLOR][TABLE][TR][TD] [/TD][TD][COLOR=#000000][/COLOR]☆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； [COLOR=#000000][/COLOR]
: R0 r, t, r0 r) v; ~) M+ s
! n% d6 a! g4 V8 O1 q! }4 T8 ]9 I[/TD][/TR][TR][TD][COLOR=#000000][/COLOR][/TD][TD][COLOR=#000000][/COLOR]☆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； [COLOR=#000000][/COLOR]

[/TD][/TR][TR][TD][COLOR=#000000][/COLOR][/TD][TD][COLOR=#000000][/COLOR]☆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； [COLOR=#000000][/COLOR]

[/TD][/TR][TR][TD][COLOR=#000000][/COLOR][/TD][TD][COLOR=#000000][/COLOR]☆实现经济，运行有效，并且适用于多种完全不同的应用。 [COLOR=#000000][/COLOR]

3 n$ I# F/ K' }% i[/TD][/TR][/TABLE][COLOR=#000000][/COLOR] 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）。 　　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。
　　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。
　　DES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。
: a0 O$ U* o- a a% n　　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。
　　DES算法详述
　　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：
C$ Z# J5 G, T& `. t8 v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：
, `: L U* R/ Y9 p% `. y58,50,12,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,
　　62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,
( k$ R, M1 G1 }$ v9 D　　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,
　　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。
' k; E8 d$ I: j4 c　　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：
1 z; j3 x# B2 Z4 P4 M0 b3 O: E　　40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,31,
# W$ G( d4 N; _1 o t* g　　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,
1 p9 Z7 C1 j$ u$ h' Q' o　　34,2,42,10,50,18,58 26,33,1,41, 9,49,17,57,25,
6 k' g- f+ E/ D# v) ^, d放大换位表
　　32, 1, 2, 3, 4, 5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 8, 9, 10,11,
5 p/ o6 t! V/ o4 v: k( o* n' Q　　12,13,12,13,14,15,16,17,16,17,18,19,20,21,20,21,
/ z- R+ z5 `0 j) A: f! S　　22,23,24,25,24,25,26,27,28,29,28,29,30,31,32, 1,
" Q. \' O$ Z! z2 T9 h$ b0 n# f: M单纯换位表
　　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,
　　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：
选择函数Si
S1:
1 B% w" k' a+ | z/ W　　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,