DES密钥机制分析薛仁杰5011212510详解Word格式.docx
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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：
信息安全DES加密解密明文密文
1概况
1.1DES简介
随着计算机和通信网络的广泛应用，信息的安全性已经受到人们的普遍重视。
信息安全已不仅仅局限于政治，军事以及外交领域，而且现在也与人们的日常生活息息相关。
现在，密码学理论和技术已得到了迅速的发展，它是信息科学和技术中的一个重要研究领域。
DES算法是由IBM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1.1DES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K1,K2,…,K16，而解密的子密钥的使用顺序则为K16,K15,…,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1.1DES算法初始换位规则表
58
52
42
34
26
18
10
2
60
44
36
28
20
12
4
62
54
46
38
30
22
14
6
64
56
48
40
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16
8
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33
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17
9
1
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3
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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：
L0=D58D50…D8，R0=D57D49…D7。
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（R0，K1）再与L0进行异或运算得到L0⊕f（R0，K1），把R0记为L1放在左边，把L0⊕f（R0，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L16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IP-1，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1.2DES算法逆初始换位规则表
50
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。
密钥
Ri
Li
图1.2DES算法的一次迭代过程图
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
P-盒置换规则如表1.4所示。
表1.4P-盒置换规则表
S-盒是DES算法的核心，它的功能是将6位数据变为4位数据，它是一个选择函数，共有8个S函数，其功能表如表1.5所示。
表1.5S-盒查询功能表
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
S8
以S1为例，设S1盒6位输入为D=D1D2D3D4D5D6，将D1D6组成的一个2位二进制数转化为十进制数，对应表中行号，将D2D3D4D5组成的一个4位二进制数也转化为十进制数，对应列号，然后在S1表中差得行和列交叉点处的对应的数，以4位二进制表示，即为S1的输出。
图1.3给出了子密钥Ki（48位）的生成算法。
图1.3子密钥产生过程图
初始密钥值位64位，但去掉8,16，…，64位的奇偶校验位，实际可用位数只有56位。
经过置换选择1（如表1.6所示）后，密钥的位数由64位变成56位，分为C0,D0两部分，然后进行第一次循环左移（图中LS），得到C1，D1，合并得到56位，再经置换选择2（如表1.7所示），得到密钥K1。
依此类推，可得到K2，K3，…，K16.
每次循环左移的的位数分别是：
1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1
表1.6置换选择1
C0
D0
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