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一、介绍
DES算法全称Data Encryption Standard,即数据加密标准,是一种对称加密算法。也许你更早接触到的是RSA算法——非对称加密算法的代表,它的一个典型应用是在ssh无密码登录中生成一对公钥、私钥。但是,RSA算法有一个致命缺点:处理速度很慢,因此只适合加密安全性要求极高而又较短的信息。相比之下,DES处理速度则快多了,可用于加密信息比较长的场合。
而且,通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key,便能更进一步提高数据的保密性,这也正是现在金融交易网络的流行做法。目前,DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡(IC卡)、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用,以此来实现关键数据的保密,如信用卡持卡人的PIN的加密传输,IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等,均用到DES算法。
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位的明文输入块转变为64位的密文输出块,它所使用的密钥也是64位。
二、DES加密原理图
DES加密过程总览
子密钥生成过程
DES加密过程
三、DES加密详解
1、获取子密钥Ki(一共16个)
DES的初始密钥K为64位,按8行8列从左往右从上往下排列,其中每行第8位用于奇偶校验,因此Key实际可用位数为56。
首先,64位的初始密钥K经过PC-1之后,生成56位的串。
由表可知,初始密钥K第8、16、24、32、40、48、56、64共8个校验位被去掉,剩余56位按表所示方式排列:第57位放在第1位,第49位放在第2位,依次类推。
经过PC-1置换之后,将置换输出再分为前28位C0和后28位D0两部分,分别循环左移1位得到C1和D1,然后将两部分合并成56位,然后经过PC-2变换之后生成48位的子密钥K1。
C1、D1分别循环左移1位得到C2、D2,合并经过PC-2生成子密钥K2。依次类推,直至生成子密钥K16。注意,每轮循环左移的位数有如下规定:
至此,加密过程需要的16个子密钥全部生成完毕,下面我们来看具体如何加密。
2、加密过程
2.1 初始置换
64位明文串经过一个初始置换函数IP,生成重新排列之后的64位输出,分为左32位L0和右32位R0,用于F函数16轮迭代运算的首次迭代的初始输入。
2.2 迭代运算
R0与子密钥K1经过密码函数变换F(R0,K1)得到32位输出f1,f1与L0做二进制异或运算,结果赋给R1,R0则原封不动地赋给L1。然后R1与子密钥K2经过函数变换F(R1,K2)得到32位输出f2,f2与L1做二进制异或运算,结果赋给R2,R1则原封不动地赋给L2....依此类推,一共经过16次迭代运算直至最后生成L16和R16。
2.3 末置换
L16、R16合在一起64位,经过末置换函数IP-1,得到64位密文输出。
3、密码函数F
密码函数F接受两个输入:32位数据和48位子密钥,输出结果为32位。具体运算如下:
3.1 扩展置换
32位数据通过扩展置换E从32位扩展为48位,扩展置换通过将原32位数据中的某些位重复出现达到扩展的目的。
3.2 异或运算
扩展置换的输出(48位)与子密钥(48位)做异或运算,输出为48位。
3.3 S盒置换
将异或运算得到的48位结果数据分成8个6位的块,每块通过对应的一个S盒产生一个4位的输出。8个6位数据的置换结果连在一起,形成32位输出结果。
每个S盒实际上是一张4(0-3)行16(0-15)列的置换表,注意,行列编号都从0开始。
S盒接收6位的数据,经过置换输出4位的数据,其具体置换过程为:将6位数据的第1位和第6位取出来,形成一个2位的二进制数x(从0-3),剩下的4位构成另一个二进制数y(从0-15),然后查出S盒x行y列对应的十进制整数,将该整数转换为一个4位二进制数,即为S盒的输出。
3.4 P盒置换
S盒置换的最终结果32位数据通过P盒置换,同样生成32位输出结果。
参考文献:http://baike.baidu.com/view/584868.htm?fr=aladdin
http://simplesource.blog.163.com/blog/static/103414062007221112947879/
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