北郵精品課程-現(xiàn)代密碼學課件現(xiàn)代密碼學第四講：分組密碼2.ppt

1、1,分組密碼（二）,現(xiàn)代密碼學第四講,上講內(nèi)容回顧,分組密碼定義 分組密碼的發(fā)展歷史 保密系統(tǒng)的安全性分析及分組密碼的攻擊,本節(jié)主要內(nèi)容,DES算法的整體結構Feistel結構 DES算法的輪函數(shù) DES算法的密鑰編排算法 DES的解密變換,DES算法的整體結構Feistel結構,DES是從1975年被美國聯(lián)邦政府確定為非敏感信息的加密標準，它利用56比特長度的密鑰K來加密長度為64比特的明文，得到64比特長的密文. 1997年，由于計算機技術迅速發(fā)展，DES的密鑰長度已經(jīng)太短，NIST建議停止使用DES算法作為標準. 目前，二重DES和三重DES仍然廣泛使用.,4,DES算法的整體結構Fei

2、stel結構,5,輸 入,I P,16輪迭代,I P-1,輸出,密 鑰 編 排,K1K16,思考：攻擊者可以剝離IP置換和逆置換？,DES算法的整體結構Feistel結構,1. 給定明文，通過一個固定的初始置換IP來重排輸入明文塊P中的比特，得到比特串P0=IP(P)=L0R0，這里L0和R0分別是P0的前32比特和后32比特,6,初始置換IP,DES算法的整體結構Feistel結構,2. 按下述規(guī)則進行16次迭代，即1i16 這里 是對應比特的模2加，f是一個函數(shù)（稱為輪函數(shù)）； 16個長度為48比特的子密鑰Ki(1i16)是由密鑰k經(jīng)密鑰編排函數(shù)計算出來的.,Li-1,Ri-1,f,+,L

3、i-1,Ri-1,ki,第16輪迭代左右兩塊不交換,DES算法的整體結構Feistel結構,8,初始置換的逆置換IP,3.對比特串R16L16使用逆置換IP-1得到密文C，即C=IP-1 (R16L16)。（注意L16和R16的相反順序）,分組密碼的輪函數(shù),函數(shù)f以長度為32比特串Ri-1作為第一輸入，以長度為48比特串Ki作為第二個輸入，產(chǎn)生長度為32比特的輸出：,9,分組密碼的輪函數(shù),10,Ri-1,Ki,E (Ri-1),B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8,f (Ri-1 ,Ki)

4、,+,P,E,E擴展,密鑰加,S盒代換,P置換,分組密碼的輪函數(shù),E擴展：Ri-1根據(jù)擴展規(guī)則擴展為48比特長度的串；,分組密碼的輪函數(shù),密鑰加：計算 ，并將結果寫成8個比特串，每個6比特，B=B1B2B3B4B5B6B7B8.,分組密碼的輪函數(shù),S盒代換：使用8個S盒S1S8. 每個Si是一個固定的4*16階矩陣，其元素取015之間的整數(shù). 給定長度為6的比特串，如Bj=b1b2b3b4b5b6，Sj(Bj)計算如下: 1) b1b6兩個比特確定了Sj的行r的二進制表示（0r3）， 2) b2b3b4b5四個比特確定了Sj的列c的二進制表示（0c15）， 3) Sj(Bj)定義成長度為4的比

5、特串的值Sj(r,c)。由此可以算出Cj=Sj(Bj),1j8.,13,14,分組密碼的輪函數(shù),15,P置換：長度為32比特串C=C1C2C3C4C5C6C7C8, 根據(jù)固定置換P(*)進行置換，得到比特串P(C).,DES算法的密鑰編排算法,根據(jù)密鑰K來獲得每輪中所使用的子密鑰Ki:,16,K,PC-1,C0,D0,C1,D1,C16,D16,LS1,LS1,LS2,LS16,LS2,LS16,PC-2,PC-2,K1,K16,DES算法的密鑰編排算法,1. 給定64比特密鑰K，根據(jù)固定的置換PC-1來處理K得到PC-1（K）=C0D0，其中C0和D0分別由最前和最后28比特組成,DES算法

6、的密鑰編排算法,2. 對1i16， DES的每一輪中使用K的56比特中的48個比特，具體選取位置由下表確定,DES算法的密鑰編排算法,3. 計算Ci=LSi(Ci-1)和Di=LSi(Di-1)，且Ki=PC-2(CiDi)，LSi表示循環(huán)左移兩個或一個位置, 具體地, 如果i=1,2,9,16就移一個位置，否則就移兩個位置, PC-2是另一個固定的置換.,DES算法的密鑰編排算法,DES的解密變換,DES的解密與加密一樣使用相同的算法，它以密文y作為輸入，但以相反的順序使用密鑰編排K16,K15,K1, 輸出的是明文x,為什么？,課堂練習,設明文為0123456789ABCDEF(16進制)

7、，密鑰為133457799BBCDFF1，求第一輪加密后的數(shù)據(jù)流.,課堂練習,應用IP,得到二進制的L0R0為： L0=11001100000000001100110011111111 L1=R0=11110000101010101111000010101010,課堂練習,第1輪,主要知識點小結,DES算法的整體結構Feistel結構 DES算法的輪函數(shù) DES算法的密鑰編排算法,作業(yè),1 編程進行16輪迭代的中間值及密文 2證明Feistel結構的加解密算法完全相似（除密鑰使用順序不同）.,密文：85E813540F0AB405(16進制),作業(yè),3 如果16輪使用的子密鑰K16K1，K15K2，K9K8, 則加密所用的子密鑰與解密所用的子密鑰相同, 對一個明文X加密兩次,得到的還是明文X. 弱密鑰的定義：若k使得加密