分组密码与数据加密标准

分组密码与数据加密标准第一页，共18页。第1页，共18页。1．DES的背景与强度1973年5月15日，美国国家标准局（NBS），即现在的美国国家标准技术研究所（NIST）向社会公开发起征集数据加密标准的提案，公众对密码标准表现出极大的兴趣，但提交的算法都距要求相去甚远。1974年8月27日，NBS又发出第二次征集。最终，NBS选中了由IBM公司研制出来的一种密码技术，并把它当作数据加密标准（DES），该技术是由HorstFeistel领导的一个研究组研制出来的。1976年11月23日被采纳作为联邦信息处理标准46（FIPSPUB46），并授权在非密级的政府通信中使用。

第二页，共18页。第2页，共18页。DES是一种分组密码技术，明文分组长为64位，密钥长为56位。Shannon引进混淆和扩散这两个术语来刻画任何密码系统的两个基本构件。

“扩散”(Diffusion)是指使明文的统计特征消散于密文中，可以让每个明文数字尽可能地影响多个密文数字。“混淆”（Confusion）则是尽可能使密文和加密密钥间的统计关系更加复杂，以阻止攻击者发现密钥。

第三页，共18页。第3页，共18页。2.Feistel密码结构将每组明文分成左右两半L0和R0，在进行完n轮迭代后，左右两半再合并到一起以产生密文分组。其第i轮迭代的输入为前一轮输出的函数：第四页，共18页。第4页，共18页。第五页，共18页。第5页，共18页。3．DES算法（1）DES加密算法描述。第六页，共18页。第6页，共18页。初始置换第七页，共18页。第7页，共18页。2）轮结构第八页，共18页。第8页，共18页。第九页，共18页。第9页，共18页。第十页，共18页。第10页，共18页。第十一页，共18页。第11页，共18页。3）密钥的产生第十二页，共18页。第12页，共18页。（2）DES解密算法描述。作为Feistel密码，DES的解密算法与加密算法是相同的，只是子密钥的使用次序相反。第十三页，共18页。第13页，共18页。（3）雪崩效应明文或密钥的微小改变将对密文产生很大的影响是任何加密算法所期望的一个好性质。特别地，明文或密钥的某一位发生变化会导致密文的很多位发生变化。如果密文的改变很小，可能会给分析者提供缩小搜索密钥或明文空间的渠道。第十四页，共18页。第14页，共18页。第十五页，共18页。第15页，共18页。4.DES的安全性从DES算法的加密过程中，可以看出，密文分组Ci是明文分组mi与密钥k经过充分揉合后的输出结果。DES算法有雪崩效应，即明文分组中的1个bit位的变化，将引起密文分组很大的变化，不可能出现明文分组的某一字母出现多少次，密文中与之对应的另一字母也出现多少次的现象。这使得攻击者不能通过统计分析来破解密文。DES算法具有较强的抗攻击性。第十六页，共18页。第16页，共18页。在DES算法公布之初，因为DES算法中的一个关键部分——密码盒（在16次迭代变换中用到的）的设计准则没有公开，所以许多密码专家都担心密码盒中可能包含有“陷门”（如果“陷门”确实存在，那么知道密码盒的人就很容易解密）。尽管如此，DES在许多领域还是得到了广泛的应用。但到了1997年，DES的56bit有效密钥的安全性受到了极大的威胁。RSA发起的一个合作项目利用Internet连接上7万多台计算机，在96天的时间内破解了一个DES密钥[5]。1998年，EFF（EectronicFrontierFoundation，电子领域基金会