DES总结.docx
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DES总结
DES算法全称为DataEncryptionStandard,即数据加密算法,它是IBM公司于1975年研究成功并公开发表的。
DES算法的入口参数有三个:
Key、Data、Mode。
其中Key为8个字节共64位,是DES算法的工作密钥;Data也为8个字节64位,是要被加密或被解密的数据;Mode为DES的工作方式,有两种:
加密或解密。
DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块,它所使用的密钥也是64位，其算法主要分为两步：
1初始置换
其功能是把输入的64位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,其置换规则为将输入的第58位换到第一位,第50位换到第2位……依此类推,最后一位是原来的第7位。
L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位,R0是右32位,例:
设置换前的输入值为D1D2D3……D64,则经过初始置换后的结果为:
L0=D58D50……D8;R0=D57D49……D7。
2逆置换
经过16次迭代运算后,得到L16、R16,将此作为输入,进行逆置换,逆置换正好是初始置换的逆运算，由此即得到密文输出。
DES加密标准
数据加密标准DES虽然已走完它的生命历程，但是作为一种Feistel加密算法的例子仍然有讨论的价值。
它的缺点在于密钥太短，虽说有64位但实际上只有56位起作用。
设 m=m1m2…m64
k=k1k2…k64
在后面的介绍中可以看到k8,k16,k24,k32,k40,k48,k56,k64实际上是不起作用的。
DES的加密过程可表示为：
DES（m）=IP-1T16·T15…T2·T1·IP（m）.
整个DES算法的流程图（略）
2.2.1IP是初始置换
初始置换在程序中的实现原理是将输入的64位明文存入in[8]中，再存入m[64]中，在8个数组中，每一组包括8位，按1至64编号。
IP的置换规则如下：
58,50,42,34,26,18,10,2
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
即将输入的第58位换到第一位，第50位换到第2位……，依次类推，最后一位是原来的第7位。
2.2.2IP-1是IP的逆置换
由于第一位经过初始置换后，处于第40位，通过逆置换，又将第40位换回到第1位，起逆置换规则如下表所示：
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
2.2.3DES算法的迭代过程
DES算法的迭代过程图（略）
图中Li-1和Ri-1分别是第i-1次迭代结果的左右两部分，各32比特。
即Li=Ri-1,Ri=Li-1 f（Ri-1,ki）
L0,R0 是初始输入经IP置换的结果
ki是由64比特的密钥产生的子密钥，ki是48比特
DES算法的关键是f（Ri-1,ki）的功能。
F是将32比特的输入转换为32比特的输出。
在这个函数中，s1,s2,…s8为选择函数，其功能是把6bit的数据变为4bit的数据。
下面给出选择函数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
假设Si盒的6个输入为b1 b2 b3 b4 b5 b6 ,在Si表中找出b1 b6行，b2 b3b4 b5列的元素，以4位二进制表示，此为选择函数Si的输出。
例2.1 S2的输入为101011，
b1 =1，b6=1，b1 b6=（11）2=3
（b2 b3 b4 b5）2=（0101）2=5
查S2=15
故S2的输出为1111，依次类推。
S盒输出的32比特经P置换，P置换的功能是将32位的输入，按以下顺序置换，然后输入仍为32比特。
P置换的顺序如下所示：
P：
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
2.2.4子密钥的生成
在图2.1的右上方给出了子密钥的流程图。
PC-1是对输入的56比特的数据进行重新排序，输出的顺序如下：
PC-1：
57,49,41,33,25,17,9
1,58,50,42,34,26,18
10,2,59,51,43,35,27
19,11,3,60,52,44,36
63,55,47,39,31,23,15
7,62,54,46,38,30,22
14,6,61,53,45,37,29
21,13,5,28,20,12,4
此56位分为C0,D0两部分，各28位，C0,D0如下：
C0=k57k49……k44k36
D0=k63k55……k12k4
然后分别进行第1次循环左移，得到C1,D1，将C1（28位）,D1（28位）合并得到56位，再经过PC-2换位表（如下所示），从而便得到了密钥K0（48位）。
依次类推，便可得到K1，K2……K15。
PC-2：
14,17,11,24,1,5
3，28,15,6,21,10
23,19，12,4,26,8
16,7,27，20,13,2
41,52,31,37，47,55
30,40,51,45,33，48
44,49,39,56,34,53
46,42,50,36,29,32
在每一轮中，密匙位移位，然后再从密匙的56位中选出48位。
通过一个扩展置换将数据的右半部分扩展成48位，并通过一个异或操作替代成新的32位数据，在将其置换换一次。
这四步运算构成了函数f。
然后，通过另一个异或运算，函数f的输出与左半部分结合，其结果成为新的右半部分，原来的右半部分成为新的左半部分。
将该操作重复16次，就实现了。
LSi是循环左移，16次循环左移对应的位数要依据下述规则进行：
1，1，2，2，2，2，2，2，1，2，2，2，2，2，2，1
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