第二章DES加密算法的描述

1、第二章DES加密算法的描述21 DES算法的来历在20世纪60年代末IBM设计了一个由Horst Feistel领导的计算机密码编码学方面的研究项目，这个任务在1971年结束时研制出了一种称为LUCIFERFEIS73算法，这个算法卖给了伦敦的劳埃德保险公司，用于一个也是由IBM所研发的现金分配系统。1973年美国标准局NBS（National Bureau of Standards）征求国家密码标准方案，IBM就提交了其Tuchman-Meyer项目的结果。这是当时提出的最好的方法。因而在1977年被选为数据加密标准。这就是著名的DES加密算法。以下关于DES加密算法原理，参见文献1-62.

2、2加密过程DES的总体方案如图2.1所示。与其他任何一种加密方案一样,加密函数有两个输入:待加密的明文和密钥。.在这里,明文的长度必须为64bit,而密钥的长度为56bit。64bit 密文K16K2K1初始置换逆初始置换32bit 对换第16轮第2轮第1轮置换选择2置换选择2置换选择2循环左移循环左移循环左移置换选择164bit 明文56bit 密钥图2.1DES加密算法的一般描述Fig 2.1 The DES encrypts the general description of the calculate way观察这张图的左边部分,可以看到明文的处理经过了三个阶段。首先,64bit的明

3、文经过一个初始置换IP表2.1 (a)后,比特重排产生了经过置换的输入。.接下来的一个阶段是由对同一个函数进行16次循环组成的,这个函数本身既包含有置换又包含有替代函数。最后一个循环(第16个)的输出由64bit组成,它是输入明文和密钥的函数,这个输出的左边和右边两个部分经过交换后就得到预输出。最后,预输出通过一个逆初始置换（IP-1 ） 表2.1 (b) 就生成了64bit的密文,这个置换是初始置换的逆置换。除了出始和最终置换以外,DES具有严格的Feidtel密码结构。图二的右半部分给出了56bit密钥的使用方式.密钥首先通过一个置换函数,接着对于16个循环的每一个,都通过一个循环左移操作

4、和一个置换操作的组合产生出一个子密钥Ki。对每一个循环来说,置换函数是相同的，但由于密钥比特的重复移位,产生的子密钥并不相同。表2.1 DES的置换表Table 2.1 DES displacement(a)初始置换(IP) (b)逆初始置换(IP-1)58 50 42 34 26 18 10 260 52 44 36 28 20 12 462 54 46 38 30 22 14 664 56 48 40 32 24 16 857 49 41 33 25 17 9 159 51 43 35 27 19 11 361 53 45 37 29 21 13 563 55 47 39 31 23 15

5、 740 8 48 16 56 24 64 3239 7 47 15 55 23 63 3138 6 46 14 54 22 62 3037 5 45 13 53 21 61 2936 4 44 12 52 20 60 3835 3 43 11 51 19 59 2734 2 42 10 50 18 58 2633 1 41 9 49 17 57 25 (c)扩展置换(E) 324812162024281 2 3 45 6 7 89 10 11 1213 14 15 1617 18 19 2021 22 23 2425 26 27 2829 30 31 325 9 1317 21 2529 1

6、(d)置换函数(P)16 7 20 21 29 12 28 171 15 23 26 5 18 31 102 8 24 14 32 27 3 919 13 30 6 22 11 4 252.3每个循环的详细过程图2.2给出了一循环的内部结构。在这里仍然先把注意力集中到图形的左半部分。每个64bit的中间结果的左右两个部分被当成两个独立的32bit数值处理,分别标记为L(左)和R(右)。与任何古典的Feistel密码中一样,每一个循环的总的处理过程都可以总结为下列公式:Li=Ri-1Ri=Li-1F(Ri-1, Ki)在这个循环中使用的密钥Ki的长度是48bit。输入的R的长度是32bit。这个

7、输入的R先被扩展到48bit,扩展操作由表2.1(c)定义,它由包括一个置换和一个包含重复使用R中16个比特的扩展操作组成。所得到的48bit再和Ki进行异或。这样得到的48bit结果再经过一个置换函数S产生32bit的输出,最后按照表2.1(d)进行置换。William Stallings对此进行过详细的研究4。3248 3248 48 扩展置换（E表）32比特置换（P）Li+1 Ri+1Di+1Ci+1 28比特28比特32比特Li Ri Di Ci XOR替代选择（S盒）XOR左移左移置换压缩（置换选择2）Ki图2.2 DES算法的一个循环4Fig 2.2 A circulation of the DES4S盒子在函数中的作用是替代由一组8个S盒子完成,其中每一个都接受6个比特作为输入并产生4个比特作为输出。这些变换是由表2.2定义的,这个