des算法簡介

　　DES算法為密碼體制中的對(duì)稱密碼體制，又被稱為美國數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，是1972年美國IBM公司研制的對(duì)稱密碼體制加密算法。 明文按64位進(jìn)行分組，密鑰長64位，密鑰事實(shí)上是56位參與DES運(yùn)算（第8、16、24、32、40、48、56、64位是校驗(yàn)位， 使得每個(gè)密鑰都有奇數(shù)個(gè)1）分組后的明文組和56位的密鑰按位替代或交換的方法形成密文組的加密方法。

　　des算法基本原理

　　其入口參數(shù)有三個(gè)：key、data、mode。key為加密解密使用的密鑰，data為加密解密的數(shù)據(jù)，mode為其工作模式。當(dāng)模式為加密模式時(shí)，明文按照64位進(jìn)行分組，形成明文組，key用于對(duì)數(shù)據(jù)加密，當(dāng)模式為解密模式時(shí)，key用于對(duì)數(shù)據(jù)解密。實(shí)際運(yùn)用中，密鑰只用到了64位中的56位，這樣才具有高的安全性。

　　des算法特點(diǎn)

　　分組比較短、密鑰太短、密碼生命周期短、運(yùn)算速度較慢。

　　des算法流程

　　DES算法把64位的明文輸入塊變?yōu)?4位的密文輸出塊，它所使用的密鑰也是64位，整個(gè)算法流程圖如下：

　　DES算法詳述

　　DES算法把64位的明文輸入塊變?yōu)?4位的密文輸出塊，它所使用的密鑰也是64位，其功能是把輸入的64位數(shù)據(jù)塊按位重新組合，并把輸出分為L0、R0兩部分，每部分各長32位，其置換規(guī)則見下表：

　　58，50，12，34，26，18，10，2，60，52，44，36，28，20，12，4，

　　62，54，46，38，30，22，14，6，64，56，48，40，32，24，16，8，

　　57，49，41，33，25，17， 9，1，59，51，43，35，27，19，11，3，

　　61，53，45，37，29，21，13，5，63，55，47，39，31，23，15，7，

　　即將輸入的第58位換到第一位，第50位換到第2位，。。.，依此類推，最后一位是原來的第7位。L0、R0則是換位輸出后的兩部分，L0是輸出的左32位，R0 是右32位，例：設(shè)置換前的輸入值為D1D2D3.。。.。.D64，則經(jīng)過初始置換后的結(jié)果為：L0=D550.。.D8；R0=D57D49.。.D7。

　　經(jīng)過26次迭代運(yùn)算后。得到L16、R16，將此作為輸入，進(jìn)行逆置換，即得到密文輸出。逆置換正好是初始置的逆運(yùn)算，例如，第1位經(jīng)過初始置換后，處於第40位，而通過逆置換，又將第40位換回到第1位，其逆置換規(guī)則如下表所示：

　　40，8，48，16，56，24，64，32，39，7，47，15，55，23，63，31，

　　38，6，46，14，54，22，62，30，37，5，45，13，53，21，61，29，

　　36，4，44，12，52，20，60，28，35，3，43，11，51，19，59，27，

　　34，2，42，10，50，18，58 26，33，1，41， 9，49，17，57，25，

　　放大換位表

　　32， 1， 2， 3， 4， 5， 4， 5， 6， 7， 8， 9， 8， 9， 10，11，

　　12，13，12，13，14，15，16，17，16，17，18，19，20，21，20，21，

　　22，23，24，25，24，25，26，27，28，29，28，29，30，31，32， 1，

　　單純換位表

　　16，7，20，21，29，12，28，17， 1，15，23，26， 5，18，31，10，

　　2，8，24，14，32，27， 3， 9，19，13，30， 6，22，11， 4，25，

　　在f（Ri，Ki）算法描述圖中，S1，S2.。.S8為選擇函數(shù)，其功能是把6bit數(shù)據(jù)變?yōu)?bit數(shù)據(jù)。下面給出選擇函數(shù)Si（i=1，2.。。.。.8）的功能表：

　　選擇函數(shù)Si

　　S1：

　　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，

　　S2：

　　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，

　　S3：

　　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，

　　S4：

　　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，

　　S5：

　　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，

　　S6：

　　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，

　　S7：

　　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，

　　S8：

　　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，

　　在此以S1為例說明其功能，我們可以看到：在S1中，共有4行數(shù)據(jù)，命名為0，1、2、3行；每行有16列，命名為0、1、2、3，。。.。。.，14、15列。

　　現(xiàn)設(shè)輸入為： D＝D1D2D3D4D5D6

　　令：列＝D2D3D4D5

　　行＝D1D6

　　然后在S1表中查得對(duì)應(yīng)的數(shù)，以4位二進(jìn)製表示，此即為選擇函數(shù)S1的輸出。下面給出子密鑰Ki（48bit）的生成算法

　　從子密鑰Ki的生成算法描述圖中我們可以看到：初始Key值為64位，但DES算法規(guī)定，其中第8、16、。。.。。.64位是奇偶校驗(yàn)位，不參與DES運(yùn)算。故Key 實(shí)際可用位數(shù)便只有56位。即：經(jīng)過縮小選擇換位表1的變換后，Key 的位數(shù)由64 位變成了56位，此56位分為C0、D0兩部分，各28位，然后分別進(jìn)行第1次循環(huán)左移，得到C1、D1，將C1（28位）、D1（28位）合併得到56位，再經(jīng)過縮小選擇換位2，從而便得到了密鑰K0（48位）。依此類推，便可得到K1、K2、。。.。。.、K15，不過需要注意的是，16次循環(huán)左移對(duì)應(yīng)的左移位數(shù)要依據(jù)下述規(guī)則進(jìn)行：

　　循環(huán)左移位數(shù)

　　1，1，2，2，2，2，2，2，1，2，2，2，2，2，2，1

　　以上介紹了DES算法的加密過程。DES算法的解密過程是一樣的，區(qū)別僅僅在於第一次迭代時(shí)用子密鑰K15，第二次K14、。。.。。.，最后一次用K0，算法本身并沒有任何變化。

　　DES算法具有極高安全性，到目前為止，除了用窮舉搜索法對(duì)DES算法進(jìn)行攻擊外，還沒有發(fā)現(xiàn)更有效的辦法。而56位長的密鑰的窮舉空間為256，這意味著如果一臺(tái)計(jì)算機(jī)的速度是每一秒種檢測一百萬個(gè)密鑰，則它搜索完全部密鑰就需要將近2285年的時(shí)間，可見，這是難以實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)然，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)出現(xiàn)超高速計(jì)算機(jī)后，我們可考慮把DES密鑰的長度再增長一些，以此來達(dá)到更高的保密程度。

　　由上述DES算法介紹我們可以看到：DES算法中只用到64位密鑰中的其中56位，而第8、16、24、。。.。。.64位8個(gè)位并未參與DES運(yùn)算，這一點(diǎn)，向我們提出了一個(gè)應(yīng)用上的要求，即DES的安全性是基於除了8，16，24，。。.。。.64位外的其餘56位的組合變化256才得以保證的。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，我們應(yīng)避開使用第8，16，24，。。.。。.64位作為有效數(shù)據(jù)位，而使用其它的56位作為有效數(shù)據(jù)位，才能保證DES算法安全可靠地發(fā)揮作用。如果不瞭解這一點(diǎn)，把密鑰Key的8，16，24，。。.。。 .64位作為有效數(shù)據(jù)使用，將不能保證DES加密數(shù)據(jù)的安全性，對(duì)運(yùn)用DES來達(dá)到保密作用的系統(tǒng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)被破譯的危險(xiǎn)，這正是DES算法在應(yīng)用上的誤區(qū)，是各級(jí)技術(shù)人員、各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)在使用過程中應(yīng)絕對(duì)避免的，而當(dāng)今各金融部門及非金融部門，在運(yùn)用DES工作，掌握DES工作密鑰Key的領(lǐng)導(dǎo)、主管們，極易忽略，給使用中貌似安全的系統(tǒng)，留下了被人攻擊、被人破譯的極大隱患。

　　DES算法應(yīng)用誤區(qū)的驗(yàn)證數(shù)據(jù)

　　筆者用Turbo C編寫了DES算法程序，并在PC機(jī)上對(duì)上述的DES 算法的應(yīng)用誤區(qū)進(jìn)行了騅，其驗(yàn)證數(shù)據(jù)如下：

　　Key： 0x30 0x30 0x30 0x30.。。.。.0x30（8個(gè)字節(jié)）

　　Data： 0x31 0x31 0x31 0x31.。。.。.0x31（8個(gè)字節(jié)）

　　Mode： Encryption

　　結(jié)果：65 5e a6 28 cf 62 58 5f

　　如果把上述的Key換為8個(gè)字節(jié)的0x31，而Data和Mode均不變，則執(zhí)行DES 后得到的密文完全一樣。類似地，用Key:8個(gè)0x32和用Key:8個(gè)0x33 去加密Data （8 個(gè)0x31），二者的圖文輸出也是相同的：5e c3 ac e9 53 71 3b ba

　　我們可以得到出結(jié)論：

　　Key用0x30與用0x31是一樣的；

　　Key用0x32與用0x33是一樣的，。。.。。.

　　當(dāng)Key由8個(gè)0x32換成8個(gè)0x31后，貌似換成了新的Key，但由於0x30和0x31僅僅是在第8，16，24.。。.。.64有變化，而DES算法并不使用Key的第8，16，。。.。。.64位作為Key的有效數(shù)據(jù)位，故：加密出的結(jié)果是一樣的。

　　DES解密的驗(yàn)證數(shù)據(jù)：

　　Key： 0x31 0x31.。。.。.0x31（8個(gè)0x31）

　　Data： 65 5e a6 28 cf 62 58 5f

　　Mode： Decryption

　　結(jié)果：0x31 0x31.。。.。.0x31（8個(gè)0x31）

　　由以上看出：DES算法加密與解密均工作正確。唯一需要避免的是：在應(yīng)用中，避開使用Key的第8，16.。。.。.64位作為有效數(shù)據(jù)位，從而便避開了DES 算法在應(yīng)用中的誤區(qū)。

　　避開DES算法應(yīng)用誤區(qū)的具體操作

　　在DES密鑰Key的使用、管理及密鑰更換的過程中，應(yīng)絕對(duì)避開DES 算法的應(yīng)用誤區(qū)，即：絕對(duì)不能把Key的第8，16，24.。。.。.64位作為有效數(shù)據(jù)位，來對(duì)Key 進(jìn)行管理。這一點(diǎn)，特別推薦給金融銀行界及非金融業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)及決策者們，尤其是負(fù)責(zé)管理密鑰的人，要對(duì)此點(diǎn)予以高度重視。有的銀行金融交易網(wǎng)絡(luò)，利用定期更換DES密鑰Key的辦法來進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，如果忽略了上述應(yīng)用誤區(qū)，那麼，更換新密鑰將是徒勞的，對(duì)金融交易網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行將是十分危險(xiǎn)的，所以更換密鑰一定要保證新Key與舊Key真正的不同，即除了第8，16，24，。。.64位外其它位數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，請(qǐng)務(wù)必對(duì)此保持高度重視！

　　/*****************************************以下為使用DES加密工具的驗(yàn)證結(jié)果****************************************************/

　　以上兩張圖是只對(duì)密鑰中的第8、16、24、36、48、56、64位發(fā)生變化，驗(yàn)證加密后的密文是一樣的！