DES算法的实现步骤.ppt

DES算法的实现步骤 DES算法实现加密需要三个步骤： 第一步：变换明文。对给定的64位比特的明文x，首先 通过一个置换IP表来重新排列x，从而构造出64位比特 的x0，x0=IP(x)=L0R0，其中L0表示x0的前32比特， R0表示x0的后32位。 第二步：按照规则迭代。规则为 Li = Ri-1 Ri = Lif(Ri-1,Ki) （i=1,2,316） 经过第一步变换已经得到L0和R0的值，其中符号表 示的数学运算是异或，f表示一种置换，由S盒置换构 成，Ki是一些由密钥编排函数产生的比特块。f和Ki将 在后面介绍。 第三步：对L16R16利用IP-1作逆置换， 就得到了密文y。加密过程如图8-4所示 。 从图中可以看出，DES 加密需要四个关键点：1 、IP置换表和IP-1逆置换 表。2、函数f。3、子密 钥Ki。4、S盒的工作原 理。 （1）IP置换表和IP-1逆置换表 输入的64位数据按置换IP表进行重新组合 ，并把输出分为L0、R0两部分，每部分各 长32位，其置换IP表如表8-1所示。 5 8 5 0 4 2 3 4 2 6 1 8 1 0 26 0 5 2 4 4 3 6 2 8 2 0 1 2 4 6 2 5 4 4 6 3 8 3 0 2 2 1 4 66 4 5 6 4 8 4 0 3 2 2 4 1 6 8 5 7 4 9 4 1 3 3 2 5 1 7 915 9 5 1 4 3 3 5 2 7 1 9 1 1 3 6 1 5 3 4 5 3 7 2 9 2 1 1 3 56 3 5 5 4 7 3 9 3 1 2 3 1 5 7 将输入64位比特的第58位换到第一位，第50位换到第二位，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。比如：置换前的输入值为 D1D2D3D64，则经过初始置换后的结果为：L0=D58D50.D8 ，R0=D57D49.D7。 经过16次迭代运算后。得到L16、R16，将此作为输入，进行逆置 换，即得到密文输出。逆置换正好是初始置换的逆运算，例如， 第1位经过初始置换后，处于第40位，而通过逆置换IP-1，又将第 40位换回到第1位，其逆置换IP-1规则表8-2所示。 逆置换表IP-1 408481656246432397471555236331 386461454226230375451353216129 364441252206028353431151195927 34242105018582633141949175725 （2）函数f 函数f有两个输入：32位的Ri-1和48位Ki，f函数的处理 流程如图所示。 E变换的算法是从Ri-1的32位中选取某些位，构成48位。即 E将32比特扩展变换为48位，变换规则根据E位选择表，如 表8-3所示。 3 2 12345456789891 0 1 1 1 2 1 3 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 2 8 2 9 3 0 3 1 3 2 1 Ki是由密钥产生的48位比特串，具体的算法下面介绍。将E的 选位结果与Ki作异或操作，得到一个48位输出。分成8组，每 组6位，作为8个S盒的输入。 每个S盒输出4位，共32位，S盒的工作原理将在第第四步介绍 。S盒的输出作为P变换的输入，P的功能是对输入进行置换， P换位表如表8-4所示。 1 6 72 0 2 1 2 9 1 2 2 8 1 7 11 5 2 3 2 6 51 8 3 1 1 0 282 4 1 4 3 2 2 7 391 9 1 3 3 0 62 2 1 1 42 5 （3）子密钥ki 假设密钥为K，长度为64位，但是其中第8、16、24、32、40、48 、64用作奇偶校验位，实际上密钥长度为56位。K的下标i的取值 范围是1到16，用16轮来构造。构造过程如图8-6所示。 首先，对于给定的密钥K，应用PC1变换进行选位，选 定后的结果是56位，设其前28位为C0，后28位为D0。 PC1选位如表8-5所示。 5 7 4 9 4 1 3 3 2 5 1 7 915 8 5 0 4 2 3 4 2 6 1 8 1 0 25 9 5 1 4 3 3 5 2 7 1 9 1 1 36 0 5 2 4 4 3 6 6 3 5 5 4 7 3 9 3 1 2 3 1 5 76 2 5 4 4 6 3 8 3 0 2 2 1 4 66 1 5 3 4 5 3 7 2 9 2 1 1 3 52 8 2 0 1 2 4 第一轮：对C0作左移LS1得到C1，对D0作左移LS1得 到D1，对C1D1应用PC2进行选位，得到K1。其中LS1 是左移的位数，如表8-6所示。 1122222212222221 表8-6中的第一列是LS1，第二列是LS2，以此类推。左移的原理 是所有二进位向左移动，原来最右边的比特位移动到最左边。 其中PC2如表8-7所示。 1 4 1 7 1 1 2 4 1532 8 1 5 62 1 1 0 2 3 1 9 1 2 , 42 6 81 6 72 7 2 0 1 3 2 4 1 5 2 3 1 3 7 4 7 5 5 3 0 4 0 5 1 4 5 3 3 4 8 4 4 4 9 3 9 5 6 3 4 5 3 4 6 4 2 5 0 3 6 2 9 3 2 第二轮：对C1，D1作左移LS2得到C2和D2， 进一步对C2D2应用PC2进行选位，得到K2。 如此继续，分别得到K3，K4K16。 （4）S盒的工作原理 S盒以6位作为输入，而以4位作为输出，现在以S1为例说明其过 程。假设输入为A=a1a2a3a4a5a6，则a2a3a4a5所代表的数是0到 15之间的一个数，记为：k=a2a3a4a5；由a1a6所代表的数是0到3 间的一个数，记为h=a1a6。在S1的h行，k列找到一个数B，B在0 到15之间，它可以用4位二进制表示，为B=b1b2b3b4，这就是S1 的输出。 DES算法的解密过程是一样的，区别仅仅在于第一次迭代时用子 密钥K16，第二次K15、最后一次用K1，算法本身并没有任何变 化。DES的算法是对称的，既可用于加密又可用于解密。 表2.5 选择（替代)函数S 表2.5 选择（替代)函数S 表2.5 选择（替代)函数S DES算法的应用误区 DES算法具有比较高安全性，到目前为止，除 了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外，还没 有发现更有效的办