改进DES算法.doc

目录 前言 1 1、DES算法 2 1.1 DES加密文件总体框架 2 1.2 DES算法 3 2、改进DES算法 5 2.1 改进DES算法构思 5 2.1.1 子密钥的生产 5 2.1.3 循环左移寄存器 7 2.1.4 压缩置换 7 2.2 改进密钥的实现 7 2.2.1 改进的DES加密 7 2.2.2 初始置换表IP 10 2.2.3 选择扩展运算E 11 2.2.4 选择压缩运算S 11 2.2.5 置换运算P 13 2.2.6 乘积变换F 13 2.2.7 逆初始置换表IP-1 14 2.3 改进的DES解密 15 3、C仿真验证和综合 17 4、总结 19 致谢 19 参考文献 20 附录 21 前言 随着计算机科学技术的飞速发展和Internet的普及，网络通信的信息安全显得越来越重要，如何保护用户账户和密码或其他信息资源受到了越来越多人的关注。数据加密标准(Data Encryption Standard, DES)是利用了密钥对明文或者密文进行加密以及解密的分组数据的加密算法，其作为世界标准加密形式存在有很多年的历史，尽管现在大多使用3DES [1]或者AES[2] 作为加密算法，但是今天还有很多领域使用它作为安全加密算法 [3-4]。比如现在国内，在加解密芯片、加油卡、TAM柜员机、高速路收费卡、无线WIFI服务、POS系统等地方仍然以DES作为加密必威体育官网网址为大众服务。 然DES算法的特点，使得DES算法安全性慢慢的变得不足。 首先，大多数人评价比较一致的看发有标准DES的密钥长度只有56位，比较短。并且，DES典型的对称加密，由此使得它的必威体育官网网址性依赖于密钥的安全。 然后，DES在代数结果上存在互补对称性，即将明文与密钥取反，经亦或后结果与明文密钥没有取反时是一样的，因此，可以想到 ：DESk(m)=c= DESk-1(m-1)=c-1。如此，如果某人已经知道了明文攻击时，穷举有哪些信誉好的足球投注网站密钥空间话，那么工作量就减半：如果得出了密钥k对明文m的加密结果，就不必再对k-1对m-1进行加密测试 [5]。 最后，对于逆向明文攻击，DES的抵抗性较弱。这里的逆向明文攻击，就是选择性明文攻击，是指如果某人有选择性输入了一些明文，然后通过DES加密得出相应的密文，最后通过对密文和明文的对比分析，就有可能得出一些有用的信息。在最不幸运的情况下，其可能可以直接得到了解密用的密钥。如果，加密算法能够根据不同的明文输入而得出不同的密文，那么就可以避免这种选择明文攻击 [6]。 对于DES的不足，有很多人做过相应的改进。如温泉等人，通过减少轮循环迭代，只需四轮迭代就完成F函数的迭代，最后使用硬件设计逻辑，提高运行速度 [7]。当然也有人提出多重加密，就是使用原DES算法上，对明文进行N次加密 [8]。以及，还要提出了双重算子的DES分析，其中原理是在使用密钥时，对密钥再进行一次加密 [9]。Liu Chengxia讨论了对块填充的方法，对DES的缺陷进行设计改进 [10]。国外的Read Bani-Hani,Salah Harb等人使用列通过高通量和区域有效的现场可编程门阵列(FPGA)，流水线和迭代的设计，实现提高DES加密的吞吐量以及加密速度和安全 [11]。另外，李杰等人还使用可编程门阵列(FPGA)，提出了一种基于”非对称”掩码的抗相关功耗攻击方法，提高DES算法的安全性 [12]。 然而，对于安全方面，密钥才是关键。只要保护密钥不被找到，那么加密就不被破解。所以对加密的密钥进行重新设计，以提高密钥的破解难道，提高加密算法的安全性。 本文首先对DES算法的原理进行分析，然后将加密所使用的密钥的产生进行改进，使其密钥长度加长。对于互补对称性，改变成为非互补对称，从而克服被有哪些信誉好的足球投注网站的密钥空间减半以及差分错误分析[13] 的问题。将密钥的产生与所使用的明文进行关联起来，使其对于逆向明文攻击的抵抗性得到提高，避免了被选择明文攻击。最终实现改进加强的分组加密算法。 1、DES算法 1.1 DES加密文件总体框架 本文所实现使用DES算法加密文件的整体框架如下图所示： 图1.1 DES加密文件框架 1.2 DES算法 DES是一种分组密码，明文、密文和密钥的分组长度都是64位，不过密钥的第8,16,24,40,48，还有64位都被作为了奇偶校验位了，因此密钥的实际有效长度其实为56位。并且这这DES里面，明文、密文跟密钥都是面向二进制的密码算法。最后的DES处理的明文分组长度为64位，密文分组长度也是64位，使用的密钥长度为56位。另外，DES的解密过程和加密相似，而且解密时所要使用的密钥与加密同样的算法，只是子密钥的使用次序要反过来。还有就是DES的整个体制是公开的，世界上谁都可以查看DES加密算法的原理，因此这系统的安全性完全靠密钥的必威体育官网网址。