加密算法--DES对称加密算法详解_des加密算法详解

加密算法–DES对称加密算法详解

一、什么是DES算法？
二.、DES算法是怎么加密的？
三、加密具体过程？

  一 、下面来回答第一个问题：什么是DES算法？
  DES（Data Encryption Standard，即数据加密标准），是一种使用密钥加密的块算法，1977年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准（FIPS），并授权在非密级政府通信中使用，随后该算法在国际上广泛流传开来。
   二、接下来回答第二个问题：DES算法是怎么加密的？
  DES是将明文按64位进行分组，密钥长64位，密钥是利用56+8奇偶校验位（第8,16,24,32,40,48,56,64）=64位的密钥对以64位为单位的块数据进行加解密。参与DES运算（第8、16、24、32、40、48、56、64位是校验位， 使得每个密钥都有奇数个1）分组后的明文组和56位的密钥按位替代或交换的方法形成密文组。
  DES算法的加密密钥是根据用户输入的密码生成的,该算法把64位密码中的第8位、第16位、第24位、第32位、第40位、第48位、第56位、第64位作为奇偶校验位,在计算密钥时要忽略这8位.如果输入的密码只是在这8位上有区别的话,那么操作后的结果将是一样的.
  DES是一种对称密码，加密过程和解密过程使用相同的密钥。DES是一种迭代算法。DES对明文中的每个分组的加密都包含16轮，且每轮的操作完全相同。每轮都会使用不同的子密钥，并且子密钥Ki都从主密钥推导而来。

  三、第三个问题： 加密具体过程？
   DES算法的步骤，包括IP置换、密钥置换、E扩展置换、S盒代替、P盒置换和逆初始置换IP-1。

   3.1、IP置换与逆初始置换IP-1
  3.1.1、IP置换
  IP置换:根据置换表哥将输入的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。

说明：（1）表格从左到右，从上到下地阅读。数字代表新数据中此位置的数据在原数据中的位置，即原数据块的第58位放到新数据的第1位，第50位放到第2位，……依此类推，第7位放到第64位。
（2）置换后的数据分为L0和R0两部分，L0为新数据的左32位，R0为新数据的右32位。
（3）位数是从左边开始数的，即最0x0000 0080 0000 0002最左边的位为1，最右边的位为64。
3.1.2、逆初始置换IP-1
  逆初始置换IP-1:初始置换的逆过程，DES最后一轮后，左、右两半部分并未进行交换，而是两部分合并形成一个分组做为末置换的输入。

  3.2、密钥置换
 e&emsp；（1）每个字节的第8位是奇偶校验位，DES的密钥由64位减至56位，每个字节的第8位作为奇偶校验位。产生的56位密钥由下表生成（注意表中没有8,16,24，32,40,48,56和64这8位）：

 &emsp；（2）在DES的每一轮中，从56位密钥产生出不同的48位子密钥，确定这些子密钥的方式如下：
　　1).将56位的密钥分成两部分，每部分28位。
　　2).根据轮数，这两部分分别循环左移1位或2位。每轮移动的位数如下表：

 &emsp；（3）移动后，从56位中选出48位。这个过程中，既置换了每位的顺序，又选择了子密钥，因此称为压缩置换。压缩置换规则如下表（注意表中没有9，18，22，25，35，38，43和54这8位）：

  3.3、扩展置换E
  扩展置置换目标是IP置换后获得的右半部分R0，将32位输入扩展为48位(分为4位×8组)输出。
  扩展置换目的有两个：生成与密钥相同长度的数据以进行异或运算；提供更长的结果，在后续的替代运算中可以进行压缩。

  表中的数字代表位，两列黄色数据是扩展的数据，可以看出，扩展的数据是从相邻两组分别取靠近的一位，4位变为6位。靠近32位的位为1，靠近1位的位为32。表中第二行的4取自上组中的末位，9取自下组中的首位。
  3.4、S盒变换
&emsp； 压缩后的密钥与扩展分组异或以后得到48位的数据，将这个数据送人S盒，进行替代运算。替代由8个不同的S盒完成，每个S盒有6位输入4位输出。48位输入分为8个6位的分组，一个分组对应一个S盒，对应的S盒对各组进行代替操作。

  一个S盒就是一个4行16列的表，盒中的每一项都是一个4位的数。S盒的6个输入确定了其对应的输出在哪一行哪一列，输入的高低两位做为行数H，中间四位做为列数L，在S-BOX中查找第H行L列对应的数据(<32)。
　　8个S盒如下：
　　S盒1
　　

S盒2
S盒3

S盒4

S盒5

S盒6

S盒7

S盒8

（1）注意，S盒的行列计数都是从0开始。
（2）代替过程产生8个4位的分组，组合在一起形成32位数据。
（3）S盒代替时DES算法的关键步骤，所有的其他的运算都是线性的，易于分析，而S盒是非线性的:S(a)⊕S(b)≠S(a⊕b)，相比于其他步骤，提供了更好安全性。
（4）每一个S-盒都有6个输入位和4个输出位。
（5）任意一个输出位都不应该太接近于输出位的线性组合。
（6）如果输入位的最高位和最低位是固定的，只有中间的4个是可变的，则每个可能的4位输出值都必须只出现一次。
（7）对于S-盒的两个输出，如果仅有1位不同，则输出至少有两位不同。
（8）对于S-盒的两个输出，如果中间的2位不同，则输出必须至少2位不同。
（9）对于S-盒的两个输出，如果开头2位不同，但最后2位相同，则输出必须不同。
（10）对于S任意有6位非零差分的输入对，32位输入中至多有8对有相同的输出差分
（11）8个S-盒对应的32位输出的冲突（零输出差异）只有在3个相邻的S-盒的情况下才有可能。
  3.5、P盒变换
  S盒代替运算的32位输出按照P盒进行置换。该置换把输入的每位映射到输出位，任何一位不能被映射两次，也不能被略去，映射规则如下表：
　  最后，P盒置换的结果与最初的64位分组左半部分L0异或，然后左、右半部分交换，接着开始另一轮。