密碼學系列 聊聊密碼學中的DES演算法

2021-10-03 09:11:43 字數 4713 閱讀 1741

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沒有什麼比你每天進步一點點更實在了

今天要說點和你的隱私有關的事情,在這個資訊化的時代,是不是真的有人一手握著你的資訊,一手數著鈔票呢?答案一定是當然

說到網路安全,我就不得不提乙個東西——密碼學(是不是聽起來頭皮發麻心跳加速),穩住穩住,老司機上線帶你學。今天給大家say&see什麼是密碼學中的des

簡介des:****

1、引數介紹:

2、工作流程:

[外鏈轉存失敗,源站可能有防盜煉機制,建議將儲存下來直接上傳(img-quuajnas-1583030975767)(c:\users\asus\desktop\des\feistel結構.png)]

3、初始ip置換:

des演算法使用64位的金鑰key將64位的明文輸入塊變為64位的密文輸出塊,並把輸出塊分為l0、r0兩部分,每部分均為32位。左部分li=ri-1,右部分ri=li-1⊕f(ri-1,ki)(注:這裡的⊕指二元域上的加法,即異或),初始置換規則如下:

1  58,50,42,34,26,18,10,02,

2 60,52,44,36,28,20,12,04,

3 62,54,46,38,30,22,14,06,

4 64,56,48,40,32,24,16,08,

5 57,49,41,33,25,17,09,01,

6 59,51,43,35,27,19,11,03,

7 61,53,45,37,29,21,13,05,

8 63,55,47,39,31,23,15,07,

即將輸入的64位明文的第1位置換到第40位,第2位置換到第8位,第3位置換到第48位。以此類推,最後一位是原來的第7位。置換規則是規定的。l0是置換後的資料的前32位(d1-d32),r0是置換後的資料的後32位(d33-d64)。

4、輪結構:

f函式是des的加密核心,作用也是非常大的,而feistel結構決定了其加密解密流程是相同的,無論是硬體實現還是軟體實現都只需要一種結構,不需要分別實現。

函式f由四步運算構成:秘鑰置換;擴充套件e變換;s-盒代替;p-盒置換。

(1)、秘鑰置換------子金鑰生成

des演算法由64位金鑰產生16輪的48位子金鑰。在每一輪的迭代過程中,使用不同的子金鑰。

(2)、擴充套件e變換

擴充套件e變換是將資料的右半部分ri從32位擴充套件到48位。

擴充套件置換的目的:

擴充套件置換e規則如下:

1  32,01,02,03,04,05,

2 04,05,06,07,08,09,

3 08,09,10,11,12,13,

4 12,13,14,15,16,17,

5 16,17,18,19,20,21,

6 20,21,22,23,24,25,

7 24,25,26,27,28,29,

8 28,29,30,31,32,31,

也就是說,表中的第i個資料j表示輸出的第i位為輸入的第j位。例如;輸出的第1位是輸入的第32位,輸出的第7位為輸入的第4位。

(3)、s-盒

s-盒作為feistel結構的核心,起著至關重要的作用。輸入的32bit資料經擴充套件置換之後與48bit子金鑰kn異或,生成的結果作為輸入,傳入s盒中進行代替運算。s-盒功能是把48位資料變為32位資料,feistel結構中是由8個不同的s盒共同協作完成。其中,每個s-盒有6位輸入,4位輸出。所以48位的輸入塊被分成8個6位的分組,每乙個分組對應乙個s-盒代替操作。經過s-盒代替,形成8個4位分組結果。

注:每乙個s-盒的輸入資料是6位,輸出資料是4位,但是每個s-盒自身是64位!!

s-盒1:

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,

s-盒2:

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,

s-盒3:

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,

s-盒4:

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,

s-盒5:

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,

s-盒6:

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,

s-盒7:

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,

s-盒8:

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,

s盒的計算:第一位和第六位確定行數,第

二、三、四行確定列數,在表中找出對應的資料,將其表示為二進位制資料。

(4)、p-盒

在s-盒代替運算中,每乙個s-盒得到4位,8盒共得到32bit輸出資料。這32位輸出作為p盒置換的輸入塊,最終輸出為32bit的輸出資料。p盒置換將每一位輸入位對映到輸出位。任何一位都不能被對映兩次,也不能被略去。

5、逆置換:

將初始置換進行16次的迭代,即進行16層的加密變換,這個運算過程我們暫時稱為函式f。得到l16和r16,將此作為輸入塊,進行逆置換得到最終的密文輸出塊。逆置換是初始置換的逆運算。從初始置換規則中可以看到,原始資料的第1位置換到了第40位,第2位置換到了第8位。則逆置換就是將第40位置換到第1位,第8位置換到第2位。以此類推,逆置換規則如下:

1  40,08,48,16,56,24,64,32,39,07,47,15,55,23,63,31,

2 38,06,46,14,54,22,62,30,37,05,45,13,53,21,61,29,

3 36,04,44,12,52,20,60,28,35,03,43,11,51,19,59,27,

4 34,02,42,10,50,18,58 26,33,01,41,09,49,17,57,25,

:des演算法的加密金鑰是根據使用者輸入的秘鑰生成的,該演算法把64位密碼中的第8位、第16位、第24位、第32位、第40位、第48位、第56位、第64位作為奇偶校驗位,在計算金鑰時要忽略這8位.所以實際中使用的秘鑰有效位是56位。

秘鑰共64位,每次置換都不考慮每位元組的第8個位元位,這一位是在金鑰產生過程中生成的奇偶校驗位,所以64位秘鑰的第8、16、24、32、40、48、56、64位在計算秘鑰時均忽略。

6、解密過程:

des的解密過程和des的加密過程基本類似,唯一的不同是將16輪的子金鑰序列的順序反過來,即在加密過程中所用的加密金鑰k1,…,k16在解密過程中需要轉換成k16,…,k1。

7、des演算法整理:

《密碼學系列》 分組密碼

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密碼學 DES密碼的C 實現

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