DES加密與解密過程原理

1、網(wǎng)絡(luò)與信息安全作業(yè)題目：DES加密與解密過程原理解析姓名： 學(xué)號：班級： 日期：2016年3月30日 一、 DES簡介：DES (Data Encryption Standard) 是對稱加解密算法的一種，由IBM公司W(wǎng).Tuchman和C.Meyer在上個世紀(jì)70年代開發(fā)，該算法使用64位密鑰（其中包含8位奇偶校驗(yàn)，實(shí)際密鑰長度為56位）對以64為單位的塊數(shù)據(jù)加密，產(chǎn)生64位密文數(shù)據(jù)，然后使用相同的密鑰進(jìn)行解密。密鑰只有通信雙方知曉，不對第三方公開。二、 DES算法過程：1 DES的加密過程：第一階段：初始置換IP。在第一輪迭代之前，需要加密的64位明文首先通過初始置換IP 的作用，對輸入分

2、組實(shí)施置換。最后，按照置換順序，DES將64位的置換結(jié)果分為左右兩部分，第1位到第32位記為L0，第33位到第64位記為R0。表1：置換IP表上表為置換IP表，將輸入64位的第58位換到第一位，第50位換到第二位，依此類推，最后一位是原來的第7位。L0是輸出的前32位，R0是后32位。比如：置換前的輸入值為D1D2D3D64，則經(jīng)過初始置換后的結(jié)果為：L0=D58D50.D8，R0=D57D49.D7。第二階段：獲取函數(shù)f和子密鑰。函數(shù)f有兩個輸入：32位的Ri-1和48位Ki，f函數(shù)的處理流程如下圖所示。E變換的算法是從Ri-1的32位中選取某些位，構(gòu)成48位。即E將32比特?cái)U(kuò)展變換為48位

3、，變換規(guī)則根據(jù)E位選擇表，如表2所示。表2：E位選擇表Ki是由密鑰產(chǎn)生的48位比特串，具體的算法下面介紹。將E的選位結(jié)果與Ki作異或操作，得到一個48位輸出。分成8組，每組6位，作為8個S盒的輸入。每個S盒輸出4位，共32位（如下圖）。S盒的輸出作為P變換的輸入，P的功能是對輸入進(jìn)行置換，P換位表如表3所示。表3：P換位表子密鑰Ki：假設(shè)密鑰為K，長度為64位，但是其中第8、16、24、32、40、48、64用作奇偶校驗(yàn)位，實(shí)際上密鑰長度為56位。K的下標(biāo)i的取值范圍是1到16，用16輪來構(gòu)造。構(gòu)造過程如下圖所示。首先，對于給定的密鑰K，應(yīng)用PC1變換進(jìn)行選位，選定后的結(jié)果。是56位，設(shè)其前2

4、8位為C0，后28位為D0。PC1選位如表4所示。表4：PC1選位表第一輪：對C0作左移LS1得到C1，對D0作左移LS1得到D1，對C1D1應(yīng)用PC2進(jìn)行選位，得到K1。其中LS1是左移的位數(shù)，如表5所示。表5表5中的第一列是LS1，第二列是LS2，以此類推。左移的原理是所有二進(jìn)位向左移動，原來最右邊的位移動到最左邊。其中PC2如表6所示。表6：PC2表第二輪：對C1，D1作左移LS2得到C2和D2，進(jìn)一步對C2D2應(yīng)用PC2進(jìn)行選位，得到K2。如此繼續(xù)，分別得到K3，K4K16。S盒的工作原理：S盒以6位作為輸入，而以4位作為輸出，現(xiàn)在以S1為例說明其過程。假設(shè)輸入為A=a1a2a3a4a

5、5a6，則a2a3a4a5所代表的數(shù)是0到15之間的一個數(shù)，記為：k=a2a3a4a5；由a1a6所代表的數(shù)是0到3間的一個數(shù)，記為h=a1a6。在S1的h行，k列找到一個數(shù)B，B在0到15之間，它可以用4位二進(jìn)制表示，為B=b1b2b3b4，這就是S1的輸出。表7-1：選擇（替代)函數(shù)S表7-2：選擇（替代)函數(shù)S表7-3：選擇（替代)函數(shù)S第三階段：16次迭代運(yùn)算。初始置換確定后，經(jīng)過16次迭代運(yùn)算，每一次迭代運(yùn)算都以前一次迭代運(yùn)算的結(jié)果和用戶密鑰擴(kuò)展得到的子密鑰Ki作為輸入；每一次迭代運(yùn)算只變換了一半數(shù)據(jù)，它們將輸入數(shù)據(jù)的右半部分經(jīng)過函數(shù)f后將其輸出，與輸入數(shù)據(jù)的左半部分進(jìn)行異或運(yùn)算，并

6、將得到的結(jié)果作為新的右半部分，原來的右半部分變成了新的左半部分，用下面的規(guī)則來表示這一過程（假設(shè)第i次迭代所得到的結(jié)果為LiRi）: Li = Ri-1; Ri = Li-1f(Ri-1,Ki);在最后一輪左與右半部分并未變換，而是直接將R16 L16并在一起作為未置換的輸入。第四階段：逆置換。 逆置換是初始置換IP的逆運(yùn)算，記為IP-1。例如，第1位經(jīng)過初始置換后，處于第40位，而通過逆置換IP-1，又將第40位換回到第1位。其逆置換IP-1規(guī)則如表8所示。表8：逆置換IP-1規(guī)則在對16次迭代的結(jié)果（R16 L16）再使用逆置換IP-1后，即得到密文輸出。其執(zhí)行過程如下圖：2 DES解密過

7、程：DES的解密算法與其加密算法使用的算法過程相同。兩者的不同之處在于解密時子密鑰Ki的使用順序與加密時相反，如果子密鑰為K1K2K16,那么解密時子密鑰的使用順序?yàn)镵16K15K1,即使用DES解密算法進(jìn)行解密時，將以64位密文作為輸入，第1次迭代運(yùn)算使用子密鑰K16，第2次迭代運(yùn)算使用子密鑰K15，第16 次迭代使用子密鑰K1，其它的運(yùn)算與加密算法相同。這樣，最后輸出的是64位明文。三、 DES學(xué)習(xí)總結(jié)：1. DES是一種對稱加密算法，1977年美國政府采用，作為對無分類信息加密的官方標(biāo)準(zhǔn)；2. DES只使用了標(biāo)準(zhǔn)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，易于實(shí)現(xiàn)；3. 密鑰可為任意的56位數(shù)，具有復(fù)雜性，破譯成本