数据加密中的DES加密算法详解Word格式.docx
《数据加密中的DES加密算法详解Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据加密中的DES加密算法详解Word格式.docx（4页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
对称算法的安全性依赖于密钥,所以密钥的保密性对通信至关重要。
对称加密算法主要有分组加密和流加密两类。
分组加密是指将明文分成固定商都的组,用同一密钥分别对每一组加密,输出固定长度的密文,典型代表:
DES、3DES、IDEA。
二、非对称加密算法
非对称加密算法有时又叫做公开密钥算法。
其中用到两个密钥。
一个是公共的,一个事私有的。
一个密钥用于加密,另一个密钥用于解密。
两个密钥不能够互相推导。
常用的非对称加密算法有RSA公钥算法、Diffie-Hellman算法和ECC椭圆曲线密码。
我们详细分析一下DES加密算法的处理过程。
DES加密算法是分组加密算法,明文以64位为单位分成块。
64位数据在64位密钥的控制下,经过初始变换后,进行16轮加密迭代:
64位数据被分成左右两半部分,每部分32位,密钥与右半部分相结合,然后再与左半部分相结合,结果作为新的右半部分;
结合前的右半部分作为新的左半部分。
这一系列步骤组成一轮。
这种轮换要重复16次。
最后一轮之后,再进行初始置换的逆置换,就得到了64位的密文。
DES的加密过程可分为加密处理,加密变换和子密钥生成几个部分组成。
1.加密处理过程
（1）初始变换。
加密处理首先要对64位的明文按表1所示的初始换位表IP进行变换。
表中的数值表示输入位被置换后的新位置。
例如输入的第58位,在输出的时候被置换到第1位;
输入的是第7位,在输出时被置换到第64位。
（2）加密处理。
上述换位处理的输出,中间要经过16轮加密变换。
初始换位的64位的输出作为下一次的输入,将64位分为左、右两个32位,分别记为L0和R0,从L0、R0到L16、R16,共进行16轮加密变换。
其中,经过n轮处理后的点左右32位分别为Ln和Rn,则可做如下定义:
Ln=Rn-1
Rn=Ln-1
其中,kn是向第n轮输入的48位的子密钥,Ln-1和Rn-1分别是第n-1轮的输出,f是Mangler函数。
（3）最后换位。
进行16轮的加密变换之后,将L16和R16合成64位的数据,再按照表2所示的
最后换位表进行IP-1的换位,得到64位的密文,这就是DES算法加密的结果。
2.加密变换过程
通过重复某些位将32位的右半部分按照扩展表3扩展换位表扩展为48位,而56位的密钥先移位然后通过选择其中的某些位减少至48位,48位的右半部分通过异或操作和48位的密钥结合,并分成6位的8个分组,通过8个S-盒将这48位替代成新的32位数据,再将其置换一次。
这些S-盒输入6位,输出4位。
S盒如表5所示。
一个S盒中具有4种替换表（行号用0、1、2、3表示）,通过输入的6位的开头和末尾两位选定行,然后按选定的替换表将输入的6位的中间4位进行替代,例如:
当向S1输入011011时,开头和结尾的组合是01,所以选中编号为1的替代表,根据中间4位1101,选定第13列,查找表中第1行第13列所示的值为5,即输出0101,这4位就是经过替代后的值。
按此进行,输出32位,再按照表4单纯换位表P进行变换,这样就完成了f（R,K）的变换,如图2所示。
3.子密钥生成过程
钥通常表示为64位的自然数,首先通过压缩换位PC-1去掉每个字节的第8位,用作奇偶校验,因此,密钥去掉第8、16、24……64位减至56位,所以实际密钥长度为56位,而每轮要生成48位的子密钥。
输入的64位密钥,首先通过压缩换位得到56位的密钥,每层分成两部分,上部分28位为C0,下部分为D0。
C0和D0依次进行循环左移操作生成了C1和D1,将C1和D1合成56位,再通过压缩换位PC-2输出48位的子密钥K1,再将C1和D1进行循环左移和PC-2压缩换位,得到子密钥K2......以此类推,得到16个子密钥。
密钥压缩换位表如表6所示。
在产生子密钥的过程中,L1、L2、L9、L16是循环左移1位,其余都是左移2位,左移次数如表7所示。
4.解密处理过程
从密文到明文的解密过程可采用与加密完全相同的算法。
不过解密要用加密的逆变换,就是把上面的最后换位表和初始换位表完全倒过来变换。
这里不再赘述。
下面这个例子中演示了如何使用c#中的加密包进行DES算法加密,大家可以借助这个例子一窥DES加密的用法。
des_代码如下:
usingSystem;
using;
publicclassEncryptStringDES{
publicstaticvoidMain（String[]args）{
if（ 1）{
（"
Usage:
des_demo
encrypt"
args[0]）;
return;
}
//使用UTF8函数加密输入参数
UTF8Encodingutf8Encoding=newUTF8Encoding（）;
byte[]inputByteArray=（args
[0].ToCharArray（））;
//方式一:
调用默认的DES实现方法DES_CSP.
DESdes=（）;
//方式二:
直接使用DES_CSP（）实现DES的实体
//DES_CSPDES=newDES_CSP（）;
//初始化DES加密的密钥和一个随机的、8比特的初始化向量（IV）
Byte[]key={0x01,0x23,0x45,0x67,0x89,0xab,
0xcd,0xef};
Byte[]IV={0x12,0x34,0x56,0x78,0x90,0xab,
=key;
=IV;
//建立加密流
SymmetricStreamEncryptorsse=（）;
//使用CryptoMemoryStream方法获取加密过程的输出
CryptoMemoryStreamcms=newCryptoMemoryStream（）;
//将SymmetricStreamEncryptor流中的加密数据输出到
CryptoMemoryStream中
（cms）;
//加密完毕,将结果输出到控制台
（inputByteArray）;
（）;
//获取加密数据
byte[]encryptedData=;
//输出加密后结果
加密结果:
"
）;
for（inti=0;
i ;
i++）{
{0:
X2}"
encryptedData[i]）;
//上面演示了如何进行加密,下面演示如何进行解密
SymmetricStreamDecryptorssd=（）;
cms=newCryptoMemoryStream（）;
（encryptedData）;
byte[]decryptedData=;
char[]decryptedCharArray=（decryptedData）;
解密后数据:
（decryptedCharArray）;
}
编译:
D:
“csharpcscdes_
Microsoft（R）C#CompilerVersion [NGWSruntime
]
Copyright（C）MicrosoftCorp2000.Allrightsreserved.
运行实例:
“csharpdes_使用C#编写DES加密程序的framework
加密结果:
3D2264C657D1C4C3CF77CE2FD0E1782A4DED7AA8
83F90E14E1BA38
7B06418DB5E93F000DC328D1F96D174B6EA74168
40
解密后数据:
使用C#编写DES加密程序的framework
DES算法具有极高的安全性,到目前为止,除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外,还没有发现更有效的办法。
通过穷尽搜索空间,可获得总共256（大约×
1016）个可能的密钥。
如果每秒能检测一百万个的话,需要2000年完成检测。
可见,这是很难实现的。
当然,随着科学技术的发展,当出现超高速计算机后,可以考虑把DES密钥的长度再增长一些,以此来达到更高的保密程度。
随着信息化和数字化社会的发展,随着计算机和Internet的普及,密码学必将在国家安全、经济交流、网络安全及人民生活等方面发挥更大作用。
参考文献:
[1]叶忠杰:
计算机网络安全技术（第二版）.科学出版社
王宝会王大印等:
新世纪计算机信息安全教程.电子工业出版社
DiffieW,HellmanM.Newdirectionsincryptography.IEEETransactionsonInformationTheory,1976,22（6）:
644-654
张基温:
信息系统安全原理.中国水利水电出版社,
顾巧论蔡振山贾春福:
计算机网络安全.科学出版社,
蔡立军计算机网络安全技术.中国水利水电出版社,
http:
//
升级会员 