DES密钥机制分析薛仁杰5011212510详解Word格式.docx

1、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1.1 DES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

2、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1.1 DES算法框图 图中描述的是DES的加密过程。而解密和加密过程

3、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1.1 DES算法初始换位规则表585242342618102604436282012462544638302214664564840322416857494133251791595143352719113615345372921135635547393123157 即将输入的64位数据的第58位换到第1位，第5

4、0位换到第2位依此类推。设置换前的输入值为D1D2D64，则经过初始换位后的结果为：L0=D58D50D8，R0=D57D49D7。 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L0f（R0，K1），把R0记为L1放在左边，把L0f（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L15f（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

5、置换规则如表1.2所示。表1.2 DES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1.2 DES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1.4 P-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

6、1.5所示。表1.5 S-盒查询功能表S1S2S3S4S5S6S7S8 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1C0D0