一.DES的简介
Data Encryption Standard(DES)，虽然已被淘汰使用，但是对于研究密码攻击人员，学习差分分析很有必要。
首先简单介绍一下DES工作原理，是分组密码的一种，明文是６４位，每一轮的子密钥是５６位。16轮Feistel结构。下图是一个3轮的例子。
１.首先，６４位明文经过初始置换（Initial Permutation,IP）函数，对明文进行初始置换。初始置换只进行一次，在第一轮之前进行，根据初始置换表进行（在我看来就是打乱初始明文的顺序）
2.初始置换之后，64位明文被分成左右两部分明文，称左明文L0，右明文R0.
3.每一轮DES都包括以下：
（1）子密钥变换，一开始密钥是有64位，分别放弃第8i（i=1，...,8）位得到56位密钥，56位密钥经过压缩置换表选择其中的48位。
（2）扩展置换，扩展置换是将右明文R0从32位扩展到48位。具体过程大概是把右明文R0分为8组，每一组4位，然后每个4位通过重复第1位和第4位扩展为6位，经过扩展置换之后右明文变为了48位。
（3）S盒置换，如下图所示。经过扩展之后的48位右明文R0和48位子密钥进行异或反应。异或之后的48位分成8组，每组6位，分别进入Si（i=1,...,8）盒，每一个S盒通过查表把6位转换成4位，最后形成32位输出。
（5）异或和交换。最初的左明文L0和P盒置换之后输出的结果进行异或运算，形成下一轮的右明文。最初的右明文是下一轮的左明文。如下图所示（以三轮为例）
4.经过16轮之后，最后，把左明文和右明文重新连接起来，对组成的块进行最终置换（Final Permutation,FP）,最终置换只进行一次，最终置换之后，输出64位密文。
二．差分分析简介
１．差分分析的原理
差分分析是一种选择明文攻击，通过分析明文对中的差异对结果密文的差分的影响，这些差分是用来给可能的密钥进行分配概率，确定最有可能的密钥。差分在这里指的是明文对的异或。
２．３轮ＤＥＳ的差分分析
我们以3轮ＤＥＳ为例，选择明文异或，L0’为任意值，R0'=0.找出在第三轮中进入Ｓ１盒的６个子密钥比特，以下图为例，设Ｌ是初始的左明文，Ｒ是初始右明文，ｌ是三轮之后的输出密文。ａ，ｂ，ｃ分别代表第一轮第二轮第三轮的输入异或，Ａ，Ｂ，Ｃ分别代表第一轮，第二轮，第三轮的输出异或。根据DES基本原理，我们可以得出结论 l=L(+)A(+)C（这里不能添加异或符号，用（+）代替）。针对本例选择的明文，R0’=0，所以a=0，自然A=0.所以l=L(+)C,即C=l(+)L.
假设k是输入S1盒的可能对数，再回顾一下F函数中关于S盒的工作流程，首先输入6比特的值（Se）和6位密钥（Sk）进行异或，异或之后进入S盒成为进入S盒的实际值（Si表示），得出Sk=Se（+）Si.
进一步举例说明，如果在DES第三轮里面进入S1的密文比特分别是Se=1，Se*=35，且输出XOR是D，则Sk的值一定会在下表中出现。（我来解释一下为什么哦，首先输入对一个是1，一个是35，那他们的输入异或是34，输出异或是D，我们可以查S1XOR分布表，共有8对，实际不算顺序应该只有4对，跟师姐请教之后说应该是穷举得出的。如下表，然后根据Sk=Se(+)Si,每一行都产生两个密钥，分别是Se(+)Si,Se*(+)Si）
3.n轮特征
3.1一轮特征
下面一轮特征概率是1（对任何L'）,这是概率大于1/4的唯一一圈特征。该特征在破译DES型密码体质的所有特征中具有特殊的重要性。（这个很好理解，输入异或是0，那么这两个输入值相同，输出的值一定相同，则输出异或一定是0）
下面这一轮特征的概率是14/64.
a'=0110,0000,0000,0000,0000,0000,0000,0000
a’经过扩展之后是001100,000000,000000,000000,000000,000000,000000,000000 （C,0,0,0,0,0,0,0）x
A'=0000,0000,1000,0000,1000,0010,0000,0000
P置换之后是（E0000000）x
接下来查S1盒的XOR分布表，可以发现Cx——>Ex,概率p=14/64,其余都是0x——>0x，p=1，所以整个这一轮的特征概率是14/64.
2.三轮特征
这种情况是可能出现的，当X=19600000时，概率大约是1/234，用来对9轮及以上的ＤＥＳ进行攻击。
３．六轮ＤＥＳ的破译
六轮ＤＥＳ9比三轮ＤＥＳ更加复杂，采用两个ｐ＝１／１６的统计特征，选择最常计算的密码值。在这两个特征中，每一个特征都能找到Ｋ６的３０个密钥比特，加上公用的３个Ｓ盒，所以由两个特征发现的密钥比特为４２，其他的１４个密钥比特可以通过穷举得出。