DES加密算法

简介

DES 为Data Encryption Standard 的缩写，属于对称分组码算法，数据分组的长度为64 比特。密钥长度为56 比特( 如果带有校验位则是64 比特，每个8 比特字节最后一个比特位是奇偶校验位) 。奇偶校验位的值是前七个比特位的异或运算的结果取反( 使用奇数校验), 其结构如下：

算法流程

1、 整体加解密流程

由于加解密算法对称，即解密过程为加密的逆过程。

2、 加密整体过程

IP 为Initial Permutation, 而LxRx 整体的64 比特数，L 和R 各位32 比特。

 

3、IP 及 IP-1 的向量表

在向量表中的数字表示第几个比特数，将输入的64 比特根据向量表进行重新排序。

4、16 次循环运算

需要进行16 次类似的运算，这种运算称为Feistel 算法。其中⊕表示异或运算。运算的基本方法，Ki 为密钥生成算法生成的子密钥，f(.) 函数进行密钥和比特的运算。Li = Ri-1, 而Ri = Li-1 ⊕f(Ri-1,Ki) 。

5、Ki 生成方法

Parity drop 在进行校验位去除的时候，需要进行置换，向量如下( 有些文档称为PC1 permuted choice PC1)

Shift left 每次左移一个或两个比特，注意使用的是循环左移，不同比特数移位情况如下

Compress 是将56 比特的密钥，生成48 比特的过程，向量如下( 有些文档称为PC2 permuted choice PC2)

6、f(.) 功能

E(Expansion) 的功能是将32 比特转换到48 比特，而P 是进行置换，S-Boxes 将48bits 映射到32 比特。

理解上straight D-box 处应该还有一次置换处理。

P 置换为32 位到32 位的置换处理，向量表格如下

7、Expansion 32 比特到 48 比特扩展

同样置换向量为

8、S-Box 的处理 48 比特到 32 比特映射

而S-Box 共有8 个表格，每个表格为4X16 。每次从6 比特得到4 比特，方式如下图，将比特1-6 中的比特1 和比特6 亦即b1b6 作为0-3 的索引行号，比特2-5 b2b3b4b5 为0-15 的索引列号，从相应的S-Box 中获取对应的值。

八个S-Box表格 如下

9、(semi-)Weak keys

由于DES 算法中子密钥的生成是依赖密钥循环移位得到的，所以一个特征的密钥的循环以为结果相同，称为weak keys ：01010101 01010101, FEFEFEFE FEFEFEFE, E0E0E0E0 F1F1F1F1 及1F1F1F1F 0E0E0E0E 。semi-weak keys 指那些只产生两组不同key 的密钥。

10、2DES(Doulbe DES) 与 3DES

2DES 是采用两个key 进行两次DES 算法加密，加密C=Ek2[KE1[P]], 同样对称解密P=Dk1[Dk2[C]] 。3DES 又名TDEA(Triple data encryption algorithm) ，采用三次密钥处理，加密时使用的方法C=Ek3[Dk2[Ek1[P]]], 解密时使用方法P=Dk1[Ek2[Dk3[C]]] 。