DES工作原理详解.doc

DES工作原理详解 DES(Data Encryption Standard)是由IBM设计，并于1977年1月被美国政府采用，作为对无分类信息加密的官方标准。尽管它原有的模式已经不在安全，但它的改过版本仍在使用。以下介绍DES的工作原理。 一、原理概述 DES的工作原理可用下图(a)表示。需要进行加密处理的明文(plaintext)被分成64位(64-bit)的块，DES的目标就是对这64位的明文56位的密钥(初始Key值为64位，但DES算法规定，其中第8、16、......64位是奇偶校验位，不参与DES运算故Key?实际可用位数便只有56位 二、置换操作 DES加密算法的第一步就是置换操作，其置换规则 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。 最后一步也仍是置换操作，只是置换规则刚好与第一步的置换规则相反，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位逆置换规则如下：?? 三、乘积变换 中间的16步是做乘积变换，它是一种码组加密的方法，即相继使用代替法和移位法加密。在乘积变换中，一共进行了16次迭代加密。所谓迭代加密是在密钥控制下多次利用轮函数f进行加密变化，以实现扩散和混淆的效果。设明文块为M0=L0R0，然后给定一个密钥K，由它生成16个子密钥K1、K2、…、Kl6，通过16次迭代加密后得到密文R16L16。上图(b)显示了第i次迭代加密的工作原理，相应的变换规则为： Li = Ri-1 Ri = Li-1(f(Ri-1, Ki) 1．密钥生成 在DES密码系统的设计中，将64位密钥中的56位用于加密过程，其余8位（在位置8，16，…，64上的8位）用于奇偶校验。在DES的每一轮迭代中，经过循环左移和压缩置换，从56位密钥中产生出不同的16个48位子密钥 K1，K2，…，K16。 子密钥产生的过程为：将原始密钥（64bit，其中包括8个校验位）经过初始变换，得到有效密钥（56bit），将其分为两个28bit数据，然后进行循环左移位得到新的56bit密钥，再经过一个压缩变换得到每一轮的48bit子密钥。需要注意的是，产生子密钥过程中每一轮对两个28bit数据的循环左移位位数是经过精心计算的，不能随意更改。如果改变移位的位数将会降低DES对相关密钥密码分析的抵抗力。循环左移位数1，1，2，2，2，2，2，2，1，2，2，2，2，2，2，1。 2．F函数实现 函数F是DES算法的关键。在F函数中，首先对前一轮的R（32bit）进行扩展置换，得到48bit的一个矩阵，然后把这48bit数据和当前子密钥（48bit）进行异或运算，得到新的48bit数据；接下来把这48bit分成8个6bit的数据，然后进行S盒变换（是一种压缩变换）4bit数据一共有8个这样的S盒，总输入为48bit，总输出为32位。S盒对6bit输入进行的操作为：取第一位和最后一位，组成2bit数据，得到一个十进制数（设为row）；取6bit数据的中间4bit，得到一个十进制数（设为col），然后取当前表中第row行第col列的数据（取值范围为0——15），将其转换为4bit的二进制数，作为输出。S1: 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, 4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0, 15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13, S2: 15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10, 3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5, 0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15, 13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9, S3: 10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8, 13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1, 13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7, 1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12, S4: 7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15, 13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9, 10,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,4, 3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14, S5: 2,12,