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DES^r法及其工作模式分析 褚慧丽 中南财经政法大学信息管理与信息系统专业 2009级 ［摘要］现代密码学的发展经过了一个漫长而复杂的过程，在这过程中出现了一系列经典而高效的加密体 制。DES作为分组密码的典型代表，对密码学的发展做出了重要的贡献。本文主要介绍了 DES的概况，并 对它的算法进行描述，找出它的设计思想和特点，分析它的安全性。在此基础上，进一步介绍了 DES的工 作模式。 ［关键词］分组密码信息安全DES演化密码对称密码 概况 1.1DE S简介 DES算法是由 旧M公司在20世纪70年代发展起来的，于 1976年11月被美国政府采 用，随后被美国国家标准局和美国国家标准协会承认， 同时也成为全球范围内事实上的工业 标准。 DES算法作为分组密码的代表， 已成为金融界及其他各种行业广泛应用的对称密钥密码 系统。它以feistel网络结构理论为基础，采用迭代分组形式，在提高算法的运行速度，改善 了密码的实用性的同时， 也大大的提高了密码的安全性， 对于我们研究密码学以及展望密码 学的发展方向有重要意义。 1.2算法描述 DES使用56位密钥对64位的数据块进行加密，并对 64位的数据块进行16轮编码。在 每轮编码中，一个 48位的密钥值由56位的“种子”密钥得出来。 DES算法把64位的明文输入快变成 64位的密文输出块，整个算法的变换过程如图 1.1 所示。 图1.1 DES算法框图 图中描述的是 DES的加密过程。而解密和加密过程大致相同，不同之处仅在于右边的 16个子密钥的使用顺序不同，加密的子密钥的顺序为 Kl,K2,…,Kl6,而解密的子密钥的使用 顺序则为Ki6,Kl5,…,K1。 IP即初始换位的功能是把输入的 64位明文数据块按位重新组合，并把输出分为 L0, R0 两部分，每部分各长 32位。其置换规则如表 1.1所示。 表1.1 DES算法初始换位规则表 58 52 42 34 26 18 10 2 60 52 44 36 28 20 12 4 62 54 46 38 30 22 14 6 64 56 48 40 32 24 16 8 57 49 41 33 25 17 9 1 59 51 43 35 27 19 11 3 61 53 45 37 29 21 13 5 63 55 47 39 31 23 15 7 即将输入的64位数据的第58位换到第1位，第50位换到第2位……依此类推。设置换 前的输入值为D1D2-D64,则经过初始换位后的结果为： Lo=D58D50..?D8,日0=。57。49…。了。 经过初始换位后，将 R0与密钥发生器产生的密钥 K1进行计算，其结果记为 f (R。，K1) 再与L0进行异或运算得到 L0? f (R°, K〔)，把R°记为L1放在左边，把L0? f (R°, K1)记 为R1放在右边，从而完成了第一次迭代运算。连续迭代 16次，第16次迭代结果左右不交 换，即L15 ? f ( R15 , K16)记为R16放在左边，R15记为L〔6放在右边。 16次迭代后，得到L16, R16。将此作为输入进行逆初始换位 IP1,就可以得到密文输出。 逆初始换位正好是初始换位的逆运算。其置换规则如表 1.2所示。 表1.2 DES算法逆初始换位规则表 40 8 48 16 56 24 64 32 39 7 47 15 55 23 63 31 38 6 46 14 54 22 62 30 37 5 45 13 53 21 61 29  36 4 44 12 52 20 60 28 35 3 43 11 51 19 59 27 34 2 42 10 50 18 58 26 33 1 41 9 49 17 57 25 其置换规则和表1.1所述相似。 DES算法的16次迭代具有相同的结构，每一次迭代的运算过程如图 1.2所示。 在每一次迭代过程中，其核心部分是 f函数，即图1.2中的扩展置换、异或运算、 S-盒替 换和P-盒置换。 扩展置换是将32位数据扩展为48位，使其长度与密钥一样。其置换规则如表 1.3所示。 表1.3扩展置换规则表 32 1 2 3 4 5 4 5 6 7 8 9 8 9 10 11 12 13 12 13 14 15 16 17 16 17 18 19 20 21 20 21 22 23 24 25 24 25 26 27 28 29 28 29 30 31 32 1 P-盒置换规则如表1.4所示。 表1.4 P-盒置换规则表 16 7 20 21 29 12 28 17 1 15 23 26 5 18 31 10 2 8 24 14 32 27 3 9 19 13 30 6 22 11 4 25 S-盒是DES算法的核心，它的功能是将 6位