（六）对称密钥算法
前言
关于对称加密，前面也已经大概的了解过了。所谓的对称加密，也叫共享加密。实际上就是，发送端发送的信息，用加密的密钥进行加密，而接收端要进行解密，用的解密密钥和发送端加密的密钥是同一把钥匙。
对称密钥的算法，比较经典的，比较重要的有这么几种：
- DES（数据加密标准）
- 3DES（三重DES）
- AES（高级加密标准）
- IDEA（国际数据加密算法）
- RC4、RC5（流加密算法）
在这里，我们着重学习一下DES。
DES算法的原理：
1、DES算法属于对称密码体制，加密和解密使用的是相同的密钥。
2、DES算法加密的原理是：把明文串进行分组，每64位一组对数据加密，所以，按理来说，对每一组进行加密的密钥也应该是长64位。但是，实际上密钥的长度并不是64位，而是只有其中的56位参与运算，密钥序列的第8、16、24、32、40、48、56、64位不参与运算，这几位是校验位。为什么要这样做呢，待会儿咱们再解释清楚。
3、DES算法的整体流程：
下面按照这个流程，我们仔细的叙述一遍。
4、第一步，把明文先要分成每64位一组，紧接着进行IP初始置换。
IP初始置换的目的是，把64位数据块重新排列组合。 置换的规则，如下表：
这个表就指明了IP初始置换的规则，意思是把原来数据的第58位放到第1位，把原来数据的第50位放到第2位………，依次类推，把原来第7位数据放到第64位。每一组64位明文都像这样置换，这样就完成了初始置换，打乱了原来数据的顺序。
5、IP初始置换完成之后，紧接着，就是把置换完成之后的数据，分成左右两半部分，每一半的长度是32位。
6、然后就要进行一套运算，这一套运算一共要进行16轮。这一套运算是：刚才我们已经把置换完成之后的64位数据分成了左右各32位的两半部分，因为一共要进行16轮这样的运算嘛，它每一轮运算的时候，都会把上一轮的右半部分直接作为下一轮新的左半部分，那么，上一轮的左半部分就会和F函数先进行异或运算，把异或得到的结果作为下一轮新的右半部分。
7、上一步中，提到一个F函数，这个F函数又是怎么出来的呢？它是上一轮的右半部分数据和密钥进行运算得出来的。我们上面说到了，参与运算的密钥的位数是56位，那么，每一轮计算F函数的时候，都会从这56位密钥当中，产生出不同的48位子密钥。
现在读者们可能会想，既然F函数是由右半部分数据和子密钥运算得出来的，那么，右半部分数据是32位，子密钥是48位，这怎么运算的？
现在我给各位解释一下，其实，F函数内部是这样构成的：
先把32位的右半部分进行扩展变换，扩展成48位的，再和48位的子密钥进行异或运算，再经过S盒替换，P盒置换。最终得到的结果再和原来的左半部分进行异或运算，才得到了下一轮新的右半部分数据。
8、扩展变换是怎么扩展的？
如下表：
这左右两边的黄色的两列，就是扩展出来的两列。可以发现一个规律，每一行中间的四位是原本的数据，每一行左边的扩展位是此行的上一行的最后一位；每一行右边的扩展位是此行的下一行的开始位。
9、S盒替换
上面那一步，32位右半部分扩展变换成48位和48位密钥进行异或，得出来肯定还是48位。但是我们F函数还要和32位左半部分进行异或呢，这时候就需要把上一步得出来的48位进行压缩，S盒就具有这个功能。
S盒一共有8个，48位数据进入8个S盒，每个盒存6位，经过S盒内部压缩运算之后，输出的时候，是每个盒输出4位，8个盒一共32位。也就是说，S盒的功能就是数据压缩，48位输入变成32位输出。
8个S盒里面也都是固定的，不需要我们记忆，我们只需要会观察它就可以了。
例如，假设S盒8的输入为110011，第1位和第6位组合为11，对应于S盒8的第3行；第2位到第5位为1001，对应于S盒8的第9列。S盒8的第3行第9列的数字为12，因此用110011就压缩成了1100。注意，S盒的行列计数都是从0开始。
10、P盒置换
经过S盒变换之后，再把得到的结果进行P盒置换，P盒置换也是固定的程式，和IP初始置换是一样的计算方法。
P盒内部如下：
原数据块的第16位放到新数据的第1位，第7位放到第2位，……依此类推，第25位放到第32位。
11、IP逆置换
经过以上的16轮相同的步骤，得到的加密的结果，进行IP逆置换，就可以得到最终经过DES加密算法算出来的密文。
IP逆置换，就是IP初始置换的逆运算。
在IP初始置换中，把原数据的第58位放到了第1位，第50位放到了第2位……第7位放到了第64位。那么，逆运算就是，把1位放到第58位，第二位放到第50位……第 64位放到第7位。
如下图：
以上就是DES加密算法的全过程。 因为是对称密钥，所以解密的算法和加密的算法是一样的，只不过就是48位子密钥的使用次序和加密的时候相反。
然后，我们再简单的介绍一下，其他几个加密算法：
1、3DES，就是三重DES，简单的说，就是把DES算法执行三遍。这三遍的执行，又分两种情况。
第一种情况，用三把密钥，分别是K1、K2、K3，加密过程为：C=Ek3(Dk2(Ek1(P)))，解密过程为：P=Dk1(EK2(Dk3(C)))。
第二种情况，用两把密钥K1和K2，加密过程为：C=Ek1(Dk2(Ek1(P)))，解密过程为：P=Dk1(EK2(Dk1(C)))。
因为DES的密钥长度是56位，所以，3DES算法的密钥长度是168位(3X56)或112位(2X56)。
2、AES，明文分组是每128位一组，密钥长度有三种：128位或192位或256位。
3、IDEA，明文分组是每64位一组，密钥长度是128位。
4、RC4和RC5就不是分组密码了，它俩属于流密码。一般来说，流密码的密钥长度会与明文的长度相同，把明文序列与密钥序列进行逐位的加密。流密码的密钥，是通过一个种子密钥和一个随机数产生器来生成的，随机数产生器的随机性越高，流密码就越能达到一次一密的效果。