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第3章 分组密码理论 数据加密标准（Data Encryption Standard,DES)现代与古典密码学采用的基本思想相同：替换与变位。古典：算法简单，长密钥。现代：算法复杂。 3.1 分组密码概述 P14 分组密码，就是一个明文分组被当作一个整体来产生一个等长（通常）的密文分组的密码，通常使用的是128位分组大小。 分组密码的实质是，设计一种算法，能在密钥控制下，把n比特明文简单而又迅速地置换成唯一n比特密文，并且这种变换是可逆的（解密）。 3.1 分组密码概述(Cont.) 分组密码的设计思想（C.E. Shannon)： 扩散(diffusion) 将明文及密钥的影响尽可能迅速地散布到 较多个输出的密文中（将明文冗余度分散 到密文中）。产生扩散的最简单方法是通 过“置换(Permutation)”（比如：重新排 列字符）。 信息论的创始人克劳德·艾尔伍德·香农(Claude Elwood Shannon) 分组密码的设计思想(Cont.) 混淆(confusion) 其目的在于使作用于明文的密钥和密文之 间的关系复杂化，是明文和密文之间、密 文和密钥之间的统计相关特性极小化，从 而使统计分析攻击不能奏效。通常的方法 是“代换（Substitution)”（回忆恺撒密 码）。 3.1 分组密码概述(Cont.) 分组密码设计的要求： 分组长度足够大（64~128比特） 密钥量要足够大（64~128） 算法足够复杂（包括子密钥产生算法） 加密、解密算法简单，易软、硬件实现 便于分析（破译是困难的，但算法却简洁清晰） 3.2数据加密标准（DES) 发明人：IBM公司W. Tuchman 和 C. Meyer 1971-72年研制。 产生：美国商业部的国家标准局NBS1973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：于1976年11月被美国政府采用，DES随后被美国国家标准局和美国国家标准协会(American National Standard Institute， ANSI) 承认。1977年1月以数据加密标准DES（Data Encryption Standard）的名称正式向社会公布。 于1977年7月15日生效。 单钥密码体制 单钥密码体制 3.2数据加密标准（Cont.) 4.2.1 简化的DES Simplified DES方案，简称S-DES方案。它是一个供教学而非安全的加密算法，它与DES的特性和结构类似，但参数小。 注：1.* 加密算法涉及五个函数：(1)初始置换IP(initial permutation)(2)复合函数fk1，它是由密钥K确定的，具有置换和代换的运算。 (3)置换函数SW(4)复合函数fk2(5)初始置换IP的逆置换IP-1 加密 2*. 加密算法的数学表示：IP-1*fk2*SW*fk1*IP也可写为密文=IP-1（fk2(SW(fk1(IP(明文)))))其中 K1=P8(移位(P10(密钥K)))K2=P8(移位(移位(P10(密钥K))))解密算法的数学表示：明文=IP-1（fk1(SW(fk2(IP(密文))))) 对S-DES的深入描述 （1） S-DES的密钥生成： 设10bit的密钥为（ k1,k2,…,k10 ) 置换P10是这样定义的 P10(k1,k2,…,k10)=(k3,k5,k2,k7,k4,k10,k1,k9,k8,k6) LS-1为循环左移1位， LS-2为循环左移2位 P8= (k1,k2,…,k10)=(k6,k3,k7,k4,k8,k5,k10,k9 ) 按照上述条件,若K选为(1010000010), 产生的两个子密钥分别为K1=(1 0 1 0 0 1 0 0),K2=(0 1 0 0 0 0 1 1) S-DES的密钥生成 10-bit密钥 (2) S-DES的加密运算: 初始置换用IP函数: IP= 1 2 3 4 5 6 7 8 2 6 3 1 4 8 5 7 末端算法的置换为IP的逆置换:IP-1= 1 2 3 4 5 6 7 8 4 1 3 5 7 2 8 6 易见IP-1(IP(X))=X S-DES加密图 8-bit 明文 函