数据加密标准DES

《数据加密标准DES》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、数据加密标准DES1977年1月，美国政府将IBM研制的一种乘积密码宣布为国家的数据加密标准。这个标准的确立刺激了很大一批厂商去实现加密算法的硬件化，以提高处理速度。这种密码术的核心是乘积变换，在硬件产业中常常简称为DES（DataEncryptionStandard）。这样一来，由于可以得到便宜高速的硬件，所以反过来也鼓励了许多其他用户采纳DES。1．DES算法描述现在我们来说明DES算法，它的过程如图9－2所示。对明文按64位分组，每组明文经初始排列（第1步），通过子密钥K1--K16进行16次乘积变换（第2步

2、），再通过最终排列（第3步）得到64位密文。图9-2DES算法过程图16次乘积变换的目的是使明文增大其混乱性和扩散性，使得输出不残存统计规律，使破译者不能从反向推算出密钥。第1步：初始排列（IP）IP（InitialPermutation）取排数据的方法如表9-2所示，其中的数据表示明文的位标（1~64）。例如，58指该组明文中的第58位，50指该组明文中的第50位，其他类推。第l步初始排列的目的是将明文的顺序打乱。表9－2初始排列法（IP）[例12-1]明文X=0123456789ABCDEF（十六进制形式），写

3、成二进制形式，共64位：X=0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111经过初始排列（IP）后，结果变成：1100110000000000110011001111111111110000101010101111000010101010即写成十六进制形式是：CC00CCFFFOAAFOAA。第2步：乘积变换把通过第1步得出的64位一分为二，用L0表示前32位，R0表示后32位，那么在上例中有：L0＝CC00CCFFR0＝FOAAFOA

4、A其16次乘积变换的过程可以用图9－3表示。其中K1~K16为16次变换所采用的密钥。每一个密码函数f（Ri-1，Ki）（i＝1，…，16）都是通过3个子过程（扩展置换，压缩代换，P排列）得到的。由于16次变换过程是类似的，我们只要对其中的一个展开讨论就行了。在上面的例子中，我们不妨看一下i=1（第1次变换）的情况。其具体过程如图9-4所示。图9-316乘积变换过程（1）扩展置换扩展置换又称E（Expand）函数，是一个与密钥无关的纯移位变换，它把32位扩展成48位。将32位分成4位一组，共8组，记作a1(1)…a

5、4(1),a1(2)…a4(2),…a1(8)…a4(8)。每组扩展成6位，共48位，记作b1(1)…b6(1),b1(2)…b6(2),…b1(8)…b6(8)。其扩展公式可以表示成：当j=l时,有bl(1)=a4(8)，j=8时有b6(8)=a1(1)，也就是：图9-4  第1次变换的过程[例12-1]中，R0=F0AAF0AA，经过扩展置换就变成了：把扩展置换的结果与子密钥进行异或，16个子密钥的顺序是第i次变换用子密钥Ki。我们不妨先假设子密钥K1=0B02679B49A5，则7A15557A15550B0

6、2679B49A5=711732E15CF0。（2）压缩替换压缩替换也称压缩编码（compressedencoding），通过压缩替换将输入的48位变换为32位输出，其主要方法是利用替换盒（substitutionbox），简称S盒。S盒是指这样的函数，它把6个输入位映射为4个输出位。作为一个密码表，它是由0~15组成的4行16列的随机数表，此密码表就是S盒。一个S盒中有4个替换表（行编号为0，1，2，3）。因为48位分成6位一组，共分8组，故应有8个不同的S盒，记为S1，S2，…，S8，它们的构成见表9-3。表9

7、-3 S盒的构成我们以Sl为例来看一看如何由6位生成4位。把输入6位中的头尾两位合起来构成的两位二进制数表示行数，中间4位二进制数表示列数，在S1盒中查找对应的数，该数化成二进制形式就是输出的4位。如果输入为101100，那么在Sl中查到2行6列所对应的数为2，即0010，故其输出的4位为0010，可写成或写成。整个压缩替换可用图9－5表示。图9-5压缩替换前面的例子经第1子过程后，得711732E15CF0H（48位），分成011100，010001，011100,110010，111000，010101，110

8、011和1100008个组，经压缩替换后得到：即经压缩替换的结果是用十六进制表示的0C216D50，或32位二进制。（3）P排列P排列也称换位表变换，将压缩替换后得到的32位按表9－4所示顺序重新排列的32位，即密码函数。表9-4P排列在前面的例子中，经压缩替换后的32位是：00001100001000010110110101010000即有：故。最后，得到