加密演算法之DES演算法

2021-04-06 20:54:14 字數 4429 閱讀 6864

一、des演算法

美國國家標準局2023年開始研究除國防部外的其它部門的計算機系統的資料加密標準,於2023年5月15日和2023年8月27日先後兩次向公眾發出了徵求加密演算法的公告。加密演算法要達到的目的(通常稱為des 密碼演算法要求)主要為以下四點:

☆提供高質量的資料保護,防止資料未經授權的洩露和未被察覺的修改;

☆具有相當高的複雜性,使得破譯的開銷超過可能獲得的利益,同時又要便於理解和掌握; 

☆des密碼體制的安全性應該不依賴於演算法的保密,其安全性僅以加密金鑰的保密為基礎;  

☆實現經濟,執行有效,並且適用於多種完全不同的應用。

2023年1月,美國**頒布:採納ibm公司設計的方案作為非機密資料的正式資料加密標準(des棗data encryption standard)。

目前在國內,隨著三金工程尤其是金卡工程的啟動,des演算法在pos、atm、磁卡及智慧卡(ic卡)、加油站、高速公路收費站等領域被廣泛應用,以此來實現關鍵資料的保密,如信用卡持卡人的pin的加密傳輸,ic卡與pos間的雙向認證、金融交易資料報的mac校驗等,均用到des演算法。

des演算法的入口引數有三個:key、data、mode。其中key為8個位元組共64位,是des演算法的工作金鑰;data也為8個位元組64位,是要被加密或被解密的資料;mode為des的工作方式,有兩種:加密或解密。

des演算法是這樣工作的:如mode為加密,則用key 去把資料data進行加密, 生成data的密碼形式(64位)作為des的輸出結果;如mode為解密,則用key去把密碼形式的資料data解密,還原為data的明碼形式(64位)作為des的輸出結果。在通訊網路的兩端,雙方約定一致的key,在通訊的源點用key對核心資料進行des加密,然後以密碼形式在公共通訊網(如**網)中傳輸到通訊網路的終點,資料到達目的地後,用同樣的key對密碼資料進行解密,便再現了明碼形式的核心資料。這樣,便保證了核心資料(如pin、mac等)在公共通訊網中傳輸的安全性和可靠性。

通過定期在通訊網路的源端和目的端同時改用新的key,便能更進一步提高資料的保密性,這正是現在金融交易網路的流行做法。

des演算法詳述

des演算法把64位的明文輸入塊變為64位的密文輸出塊,它所使用的金鑰也是64位,整個演算法的主流程圖如下:

其功能是把輸入的64位資料塊按位重新組合,並把輸出分為l0、r0兩部分,每部分各長32位,其置換規則見下表:

58,50,12,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,

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,

即將輸入的第58位換到第一位,第50位換到第2位,...,依此類推,最後一位是原來的第7位。l0、r0則是換位輸出後的兩部分,l0是輸出的左32位,r0 是右32位,例:設定換前的輸入值為d1d2d3......d64,則經過初始置換後的結果為:l0=d58d50...d8;r0=d57d49...d7。

經過16次迭代運算後。得到l16、r16,將此作為輸入,進行逆置換,即得到密文輸出。逆置換正好是初始置的逆運算,例如,第1位經過初始置換後,處於第40位,而通過逆置換,又將第40位換回到第1位,其逆置換規則如下表所示:

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,

放大換位表

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,

單純換位表

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,

在f(ri,ki)演算法描述圖中,s1,s2...s8為選擇函式,其功能是把6bit資料變為4bit資料。下面給出選擇函式si(i=1,2......8)的功能表:

選擇函式si

s1:14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7,

0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8,

4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0,

15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13,

s2:15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10,

3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5,

0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15,

13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9,

s3:10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8,

13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1,

13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7,

1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12,

s4:7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15,

13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9,

10,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,4,

3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14,

s5:2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,9,

14,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9,8,6,

4,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,14,

11,8,12,7,1,14,2,13,6,15,0,9,10,4,5,3,

s6:12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11,

10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8,

9,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,6,

4,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13,

s7:4,11,2,14,15,0,8,13,3,12,9,7,5,10,6,1,

13,0,11,7,4,9,1,10,14,3,5,12,2,15,8,6,

1,4,11,13,12,3,7,14,10,15,6,8,0,5,9,2,

6,11,13,8,1,4,10,7,9,5,0,15,14,2,3,12,

s8:13,2,8,4,6,15,11,1,10,9,3,14,5,0,12,7,

1,15,13,8,10,3,7,4,12,5,6,11,0,14,9,2,

7,11,4,1,9,12,14,2,0,6,10,13,15,3,5,8,

2,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11,

在此以s1為例說明其功能,我們可以看到:在s1中,共有4行資料,命名為0,1、2、3行;每行有16列,命名為0、1、2、3,......,14、15列。

現設輸入為: d=d1d2d3d4d5d6

令:列=d2d3d4d5

行=d1d6

然後在s1表中查得對應的數,以4位二進位制表示,此即為選擇函式s1的輸出。下面給出子金鑰ki(48bit)的生成演算法

從子金鑰ki的生成演算法描述圖中我們可以看到:初始key值為64位,但des演算法規定,其中第8、16、......64位是奇偶校驗位,不參與des運算。故key 實際可用位數便只有56位。即:經過縮小選擇換位表1的變換後,key 的位數由64 位變成了56位,此56位分為c0、d0兩部分,各28位,然後分別進行第1次迴圈左移,得到c1、d1,將c1(28位)、d1(28位)合併得到56位,再經過縮小選擇換位2,從而便得到了金鑰k0(48位)。依此類推,便可得到k1、k2、......、k15,不過需要注意的是,16次迴圈左移對應的左移位數要依據下述規則進行:

迴圈左移位數

1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1

以上介紹了des演算法的加密過程。des演算法的解密過程是一樣的,區別僅僅在於第一次迭代時用子金鑰k15,第二次k14、......,最後一次用k0,演算法本身並沒有任何變化。

二、des演算法的應用誤區 

加密演算法之DES演算法

一 des演算法 美國國家標準局1973年開始研究除國防部外的其它部門的計算機系統的資料加密標準,於1973年5月15日和1974年8月27日先後兩次向公眾發出了徵求加密演算法的公告。加密演算法要達到的目的 通常稱為des 密碼演算法要求 主要為以下四點 提供高質量的資料保護,防止資料未經授權的洩露...

對稱加密演算法 DES加密演算法

一 對稱加密演算法 對稱加密也稱為常規加密 私鑰或單鑰加密。乙個對稱加密由5部分組成 明文 plaintext 這是原始資訊或資料,作為演算法的輸入。加密演算法 encryption algorithm 加密演算法對明文進行各種替換和轉換。金鑰 secret key 金鑰也是演算法的輸入。演算法進行...

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