【文章內容簡介】 42 二、數(shù)據(jù)加密標準 (DES) 數(shù)據(jù)加密標準 A 32位 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 選擇運算 E 選擇運算 E的結果 48位 擴展置換 E 43 二、數(shù)據(jù)加密標準 (DES) 數(shù)據(jù)加密標準 使用密鑰 在第 i+1次迭代中，用 48位二進制的密鑰（由 56位密鑰生成，下邊會介紹） K（ i+1） =k1(i+1)k2(i+1)…k 48(i+1) 與 E(R（ i） )按位相加（邏輯異或），輸出仍是 48位，共 8行，每行 6位。 Z 1 ： r32(i)+ k1(i+1) r1(i) +k2(i+1) … r 5(i) +k6(i+1) Z 2 ： r4(i)+ k7(i+1) r5(i) +k8(i+1) … r 9(i) +k12(i+1) … Z 8 ： r28(i)+ k43(i+1) r29(i) +k44(i+1) … r 1(i) +k48(i+1) 作為 8個 Si選擇函數(shù) 的輸入 44 二、數(shù)據(jù)加密標準 (DES) 數(shù)據(jù)加密標準 S1,S2...S8選擇函數(shù) 其功能是把 6bit數(shù)據(jù)變?yōu)?4bit數(shù)據(jù)。 Si(i=1,2......8)的功能表： 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, 45 數(shù)據(jù)加密標準 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, 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, 46 數(shù)據(jù)加密標準 S 盒是 DES 的最敏感部分，其原理至今未公開。人們擔心 S 盒隱藏陷門，使得只有他們才可以破譯算法，但研究中并沒有找到弱點。美國國家安全局透露了 S 盒的幾條設計準則： 1 所有的 S 盒都不是它輸入的線性仿射函數(shù)。就是沒有一個線性方程能將四個輸出比特表示成六個比特輸入的函數(shù)。 2 改變 S 盒的 1 位輸入，輸出至少改變 2 位。這意味著 S 盒是經(jīng)過精心設計的，它最大程度上增大了擴散量。 3 S 盒的任意一位輸出保持不變時， 0 和 1 個數(shù)之差極小。即如果保持一位不變而改變其它五位，那么其輸出0 和 1 的個數(shù)不應相差太多。 47 二、數(shù)據(jù)加密標準 (DES) 數(shù)據(jù)加密標準 使用選擇函數(shù) S 將以上第 j個 (1≤j≤6)二進制的塊 （ 記為 Z j=zj1 zj2 zj3 zj4 zj5 zj6） 輸入第 j個選擇函數(shù) Sj。 各選擇函數(shù) Sj的功能是把 6位數(shù)變換成 4位數(shù) ， 做法是以 zj1zj6為行號 ， zj2 zj3 zj4 zj5為列號 ，查找 Sj， 行列交叉處即是要輸出的 4位數(shù) 。 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， 3行；每行有 16列 ， 命名為 0、 3， ......， 1 15列 。 現(xiàn)設輸入為： D＝ 101100 令：列＝ 0110 行＝ 10 坐標為（ 2， 6），然后在 S1表中查得對應的數(shù)為 2，以 4位二進制表示為 0010，此即選擇函數(shù) S1的輸出。 48 二、數(shù)據(jù)加密標準 (DES) 數(shù)據(jù)加密標準 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 14 4 13 1 2 15 11 8 3 10 6 12 5 9 0 7 1 0 15 7 4 14 2 13 1 10 6 12 11 9 5 3 8 2 4 1 14 8 13 6 2 11 15 12 9 7 3 10 5 0 3 15 12 8 2 4 9 1 7 5 11 3 14 10 0 6 13 S1 1 0 1 1 0 0 10 2 0 0 1 0 輸入 6位 輸出 4位 使用選擇函數(shù) S的例子 49 二、數(shù)據(jù)加密標準 (DES) 數(shù)據(jù)加密標準 8個選擇函數(shù)的輸出 （ 32位） 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 置換 P 加密函數(shù)的結果 X （ 32位） 置換 P（ 單純換位表） 50 二、數(shù)據(jù)加密標準 (DES) 數(shù)據(jù)加密標準 迭代 把 L（ i） 與 X（ i） 按位相加 ， 形成 R（ i+1） ， 且令 R（ i） 為 L（ i+1） ， 即得到經(jīng)第 i+1次迭代加密后的輸出 L（ i+1） R（ i+1） ， 其中 L（ i+1） = R（ i） R（ i+1） = L（ i） ⊕ f(R（ i） ,K（ i+1） ) (*) (i=0,1,2,… ,15) 51 數(shù)據(jù)加密標準 64位密鑰 置換選擇 1 C0(28位 ) D0(28位 ) 循環(huán)左移 循環(huán)左移 C1(28位 ) D1(28位 ) 置換選擇 2 K1 (48位 ) (56位 ) 循環(huán)左移 循環(huán)左移 Ci(28位 ) Di(28位 ) 置換選擇 2 Ki (48位 ) (56位 ) 16個子密鑰的生成算法 循環(huán)左移： 1 1 9 1 2 1 10 2 3 2 11 2 4 2 12 2 5 2 13 2 6 2 14 2 7 2 15 2 8 2 16 1 52 二、數(shù)據(jù)加密標準 (DES) 數(shù)據(jù)加密標準 置換選擇 1 密鑰計算的目的在于產生加密和解密時所需要的 16個子密鑰，記作 K(i)。 初始密鑰 Key值為 64位，但DES算法規(guī)定，其中第 1 ......64位是奇偶校驗位，不參與 DES運算。故 Key 實際可用位數(shù)便只有 56位。即：經(jīng)過子密鑰換位表 PC1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。 53 二、數(shù)據(jù)加密標準 (DES) 數(shù)據(jù)加密標準 57 49 41 33 25 17 9 1 58 50 42 34 26 18 10 2 59 51 43 35 27 19 11 3 60 52 44 36 63 55 47 39 31 33 15 7 62 54 46 38 30 22 14 6 61 53 45 37 29 21 13 5 28 20 12 4 不考慮各字節(jié)第 8位 密鑰（ 64位） C0(28位 ) D0(28位 ) 密鑰置換選擇 1 54 二、數(shù)據(jù)加密標準 (DES) 數(shù)據(jù)加密標準 循環(huán)移位規(guī)則： 輪數(shù)： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 位數(shù)： 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1 密鑰置換選擇 2 56位分為 C0、 D0兩部分，然后分別進行第 1次循環(huán)左移，得到 C D1， 將 C1（ 28位）、 D1（ 28位）合并得到 56位，再經(jīng)過子密鑰換位表 PC2， 便得到了密鑰 K1（ 48位）。 子密鑰換位表 PC2給出了選擇及選擇后的次序，可以看出去掉了第 1 2 2 3 3 4 54位。 55 二、數(shù)據(jù)加密標準 (DES) 數(shù)據(jù)加密標準 Ci(28位 ) Di(28位 ) 14 17 11 24 1 5 3 28 15 6 21 10 23 19 12 4 26 8 16 7 27 20 13 2 41 52 31 37 47 55 30 40 51 45 33 48 44 49 39 56 34 53 46 42 50 36 29 32 Ki(48位 ) 密鑰置換 2 去掉第 9， 18，22， 25， 35，38， 43， 54位， 56位變成 48位 56 二、數(shù)據(jù)加密標準 (DES) 數(shù)據(jù)加密標準 L0R0 ←IP( 明文 ) L1←R 0 R1← L 0??(R0,K1) L2←R 1 R2← L 1??(R1,K2) …… L16←R