[PP]一、DES算法
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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] $ e+ G x9 o9 f' i3 X) [, t
) U: E7 n7 \% p; _$ 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]
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/ [- A6 _, X: C; |# X0 R i- p[/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] + e w; ]; G& w4 v
7 h/ w5 Q, G, {; N8 g" ?; u% l
[/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]
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[/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。 ' l! x$ G2 t; f, E5 f4 Z
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。
' Q# v6 {+ T, R+ E: {, `5 e3 y. R+ w 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。 & a9 v- `1 x' @) t: Q
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。
0 Y# h# X8 z9 v, f DES算法详述 . m+ M# p; H$ O: t) J8 Z
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:
- L; t3 g* Z* B5 U1 J+ R" ]" B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:
5 ?/ N' c6 b, c; C! }58,50,12,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4, 7 f+ e$ N) M5 \+ e1 H/ [9 ^/ f3 N
62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,
6 o+ }9 Y, ]9 r& i0 u 57,49,41,33,25,17, 9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,
2 M n' W2 r2 F8 f3 t7 f 61,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7, / C/ [8 m* B- O3 X$ u
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。
( {, m$ v% W* z 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:
]$ C2 }" X0 r" U7 O 40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,31, ! ~& v, B& K& S2 K$ U# ?& r
38,6,46,14,54,22,62,30,37,5,45,13,53,21,61,29,
) e" G/ W) n. ?9 v( O 36,4,44,12,52,20,60,28,35,3,43,11,51,19,59,27, 5 F4 }* f; w; b" w+ v( p& t$ Y
34,2,42,10,50,18,58 26,33,1,41, 9,49,17,57,25, % K s5 K1 \: V3 ?
放大换位表 S+ w7 [. [; u( W. Q/ b# `. L# F
32, 1, 2, 3, 4, 5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 8, 9, 10,11,
% ?6 K" O9 U4 @' z 12,13,12,13,14,15,16,17,16,17,18,19,20,21,20,21, 6 r5 C3 K5 p, B* H
22,23,24,25,24,25,26,27,28,29,28,29,30,31,32, 1, 3 K) ~& x4 H" U
单纯换位表 n8 L1 r* {/ Y' f7 e
16,7,20,21,29,12,28,17, 1,15,23,26, 5,18,31,10, + y7 d, Q+ \: F
2,8,24,14,32,27, 3, 9,19,13,30, 6,22,11, 4,25, + y' _) o3 v- R. a
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:
/ H1 j" U0 d' o选择函数Si 1 Z& }. ]8 K# s- }" w' V
S1:
1 k( J. [& S( O$ m 14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7,
) e4 D7 I5 |. z% s( m: K# i% A 0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8, |