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标题: des加密算法理论 [打印本页]
作者: 乐乐天 时间: 2004-11-26 20:02
标题: des加密算法理论
[PP]一、DES算法
; d7 N. @8 u2 _) ~* A
: k5 ]) y. ~3 m$ ]5 k+ A- ~ 美国国家标准局1973年开始研究除国防部外的其它部门的计算机系统的数据加密标准，于1973年5月15日和1974年8月27日先后两次向公众发出了征求加密算法的公告。加密算法要达到的目的（通常称为DES 密码算法要求）主要为以下四点： [COLOR=#000000][/COLOR][TABLE][TR][TD] [/TD][TD][COLOR=#000000][/COLOR]☆提供高质量的数据保护，防止数据未经授权的泄露和未被察觉的修改； [COLOR=#000000][/COLOR]
# ?& ?% n$ X i* A' B3 a* r9 ~
( f) U$ R; ]7 b# e- n
[/TD][/TR][TR][TD][COLOR=#000000][/COLOR][/TD][TD][COLOR=#000000][/COLOR]☆具有相当高的复杂性，使得破译的开销超过可能获得的利益，同时又要便于理解和掌握； [COLOR=#000000][/COLOR]
6 O4 L- k# d, C
/ B) }4 C+ ]1 F- x( P% v[/TD][/TR][TR][TD][COLOR=#000000][/COLOR][/TD][TD][COLOR=#000000][/COLOR]☆DES密码体制的安全性应该不依赖于算法的保密，其安全性仅以加密密钥的保密为基础； [COLOR=#000000][/COLOR]
8 x: @' ]7 b( T) S' e0 g {
- ]& P8 v4 d# q4 K3 ]4 N; I
[/TD][/TR][TR][TD][COLOR=#000000][/COLOR][/TD][TD][COLOR=#000000][/COLOR]☆实现经济，运行有效，并且适用于多种完全不同的应用。 [COLOR=#000000][/COLOR]
4 q: H! z" x) z. b" f9 ]0 }" N
: u: h3 W/ {8 @4 C( I1 g
[/TD][/TR][/TABLE][COLOR=#000000][/COLOR] 1977年1月，美国政府颁布：采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准（DES棗Data Encryption Standard）。 目前在国内，随着三金工程尤其是金卡工程的启动，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，以此来实现关键数据的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密传输，IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等，均用到DES算法。
4 R# D9 x/ e& N- A
DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。
+ w, Y0 V% t. g7 h DES算法是这样工作的：如Mode为加密，则用Key 去把数据Data进行加密， 生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式（64位）作为DES的输出结果。在通信网络的两端，双方约定一致的Key，在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密，然后以密码形式在公共通信网（如电话网）中传输到通信网络的终点，数据到达目的地后，用同样的Key对密码数据进行解密，便再现了明码形式的核心数据。这样，便保证了核心数据（如PIN、MAC等）在公共通信网中传输的安全性和可靠性。
; G* M- r( J& \3 z- l: |+ O- h
通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key，便能更进一步提高数据的保密性，这正是现在金融交易网络的流行做法。
: o) H/ h+ w' O4 f4 b DES算法详述
0 _% k2 j+ P0 D/ w: m% U DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，它所使用的密钥也是64位，整个算法的主流程图如下：
9 r4 P0 e. A) @
其功能是把输入的64位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，其置换规则见下表：
% V9 c9 T! r: G# X6 T+ i58,50,12,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,
: ]+ t! `+ ~" M9 w
62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,
7 @8 \, Z# k6 A" P- f, W/ x9 k 57,49,41,33,25,17, 9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,
" v$ s4 K$ A% t' F. R/ H" p4 ?1 W* h: v/ k 61,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7,
/ _1 @" C* P9 Z( f' i& X V0 r
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。L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0 是右32位，例：设置换前的输入值为D1D2D3......D64，则经过初始置换后的结果为：L0=D58D50...D8；R0=D57D49...D7。
% o& M% J# ]; W: H' y
经过16次迭代运算后。得到L16、R16，将此作为输入，进行逆置换，即得到密文输出。逆置换正好是初始置的逆运算，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，其逆置换规则如下表所示：
2 e" ?3 _4 |! A: u
40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,31,
2 c G+ h9 `$ ]) T x
38,6,46,14,54,22,62,30,37,5,45,13,53,21,61,29,
* [* `) A7 T: t* X- @2 ^ 36,4,44,12,52,20,60,28,35,3,43,11,51,19,59,27,
8 a* s+ n" f8 D
34,2,42,10,50,18,58 26,33,1,41, 9,49,17,57,25,
; {1 B0 F. Q' ]& E放大换位表
# Y/ L2 o0 Y4 U 32, 1, 2, 3, 4, 5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 8, 9, 10,11,
6 G# } `% I+ m H/ ^% [& [
12,13,12,13,14,15,16,17,16,17,18,19,20,21,20,21,
) V7 s; x+ n" s! ^
22,23,24,25,24,25,26,27,28,29,28,29,30,31,32, 1,
3 J1 i4 A0 q! s/ r6 Q* x
单纯换位表
8 g0 \# I7 S; s8 Y. R" C) [" F3 r& V
16,7,20,21,29,12,28,17, 1,15,23,26, 5,18,31,10,
0 @$ N) ?4 M# G) n 2,8,24,14,32,27, 3, 9,19,13,30, 6,22,11, 4,25,
/ v% D* X, X- r b7 b) c
在f(Ri,Ki)算法描述图中，S1,S2...S8为选择函数，其功能是把6bit数据变为4bit数据。下面给出选择函数Si(i=1,2......8)的功能表：
+ Y1 b1 t* Q& E" {* v
选择函数Si
0 y9 N6 y1 \$ x4 E# ]
S1:
Z, s4 H9 L9 O! b
14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7,
8 p1 K( u2 ^, g0 h% a" m' J% H
0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8,
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