分组密码与数据加密标准 - 西安电子科技大学

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1、Chapter3分组密码与数据加密标准《计算机与网络安全》2021/9/7西安电子科技大学计算机学院2本节课程内容分组密码一般原理、设计准则、设计方法DES加解密算法DES的强度2021/9/7西安电子科技大学计算机学院3§3.1分组密码原理流密码每次加密数据流的一位或一个字节分组密码将一个明文组作为整体加密且通常得到的是与之等长的密文组2021/9/7西安电子科技大学计算机学院42021/9/7西安电子科技大学计算机学院5分组密码的一般设计原理：分组密码是将明文消息编码表示后的数字（简称明文数字）序列，划分成长度为n的组（可看成长度为n的矢量），每组分

2、别在密钥的控制下变换成等长的输出数字（简称密文数字）序列理想分组密码体制2n!个映射大规模2021/9/7西安电子科技大学计算机学院6Feistel网络（1）Feistel网络的设计动机密钥长为k位，分组长为n位，采用2k个变换2021/9/7西安电子科技大学计算机学院7Shannon目的：挫败基于统计方法的密码分析混淆（confusion）：使得密文的统计特性与密钥的取值之间的关系尽量复杂扩散（diffusion）：明文的统计特征消散在密文中，使得明文和密文之间的统计关系尽量复杂。刻画密码系统的两个基本构件Feistel网络（2）2021/9/7西安电

3、子科技大学计算机学院8分组长度密钥长度轮数子密钥生成算法轮函数快速软件加解密易于分析Feistel网络（3）2021/9/7西安电子科技大学计算机学院9§3.2数据加密标准DESDES的历史DES的基本结构DES核心构件的细节描述DES轮密钥的生成DES的安全性分析2021/9/7西安电子科技大学计算机学院10数据加密标准(DES)第一个并且是最重要的现代分组密码算法2021/9/7西安电子科技大学计算机学院11历史发明人：美国IBM公司W.Tuchman和C.Meyer1971-1972年研制成功基础：1967年美国HorstFeistel提出的理论产

4、生：美国国家标准局（NBS)1973年5月到1974年8月两次发布通告，公开征求用于电子计算机的加密算法。经评选从一大批算法中采纳了IBM的LUCIFER方案标准化：DES算法1975年3月公开发表，1977年1月15日由美国国家标准局颁布为数据加密标准（DataEncryptionStandard），于1977年7月15日生效2021/9/7西安电子科技大学计算机学院12DES是一种用56位密钥来加密64位数据的方法。概述2021/9/7西安电子科技大学计算机学院13DES算法框图输入64bit明文数据初始置换IP乘积变换（16轮迭代）逆初始置换IP-

5、164bit密文数据输出标准数据加密算法DES的核心部件：两次置换（初始置换和初始逆置换）密钥控制下的十六轮迭代加密轮密钥生成2021/9/7西安电子科技大学计算机学院142021/9/7西安电子科技大学计算机学院15初始置换和初始逆置换2021/9/7西安电子科技大学计算机学院16初始置换和初始逆置换DES中的初始置换和初始逆置换2021/9/7西安电子科技大学计算机学院17初始置换与初始逆置换是互逆的严格而言不具有加密的意义Note2021/9/7西安电子科技大学计算机学院18DES的十六轮迭代加密十六轮迭代加密Roundi第i轮加密2021/9/7

6、西安电子科技大学计算机学院19DES第i轮迭代加密2021/9/7西安电子科技大学计算机学院20F函数2021/9/7西安电子科技大学计算机学院21扩展E置换（E-盒）2021/9/7西安电子科技大学计算机学院22S盒（1）2021/9/7西安电子科技大学计算机学院23S-盒是DES加密算法的唯一非线性部件S盒（2）2021/9/7西安电子科技大学计算机学院24S-盒S盒（3）2021/9/7西安电子科技大学计算机学院250001020304050607080910111213141501231302080406151101100903140500120

7、7011513081003070412050611001409020711040109121402000610131503050802011407041008131512090003050611输入输出S-盒的查表操作S盒（4）2021/9/7西安电子科技大学计算机学院26DES中其它算法都是线性的，而S-盒运算则是非线性的提供了密码算法所必须的混乱作用S-盒不易于分析，它提供了更好的安全性S-盒的设计未公开NoteS盒（5）2021/9/7西安电子科技大学计算机学院27P置换2021/9/7西安电子科技大学计算机学院28直接P置换（P-盒）P置换202

8、1/9/7西安电子科技大学计算机学院29F函数2021/9/7西安电子科技大学计