【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 b i t 圖 單輪算法示意圖 將圖 中中間部分抽取出來就得到了圖 ，其中可以看到每輪運(yùn)算的細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)。 64 位的明文被分成了左右兩個(gè) 32 位的明文塊 L 和 R。過程可以用公式簡(jiǎn)單的表達(dá)為： Li+1 = Ri Ri+1 = Li○+F(Ri,Ki+1) 延邊大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 R （ 3 2 ）E4 8 位+K 4 8 位S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 S 8P3 2 位 圖 S 盒示意圖 上圖 是具體 F 函數(shù)的操作細(xì)節(jié)：對(duì)右邊的明文塊 R 使用 E（表 ）擴(kuò)展置換為 48 位，再與 48 位的子密鑰進(jìn)行異或，得到的結(jié)果再通過 S 盒還原為32 位的數(shù)據(jù)，最后通過置換函數(shù) P（表 ）得到 F 函數(shù)的輸出。 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 表 （ E 擴(kuò)展置換 ） 16 7 20 21 9 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 表 （ P置換函數(shù) ） 延邊大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 如果仔細(xì)觀察一下擴(kuò)展置換矩陣 E（表 ）就會(huì)發(fā)現(xiàn)，他的作用其實(shí)是將 32 位數(shù)據(jù)塊分成 4 位 4 位的 8 份，然后每組與前后兩組的末尾和開頭組成 6位，形成新的一行。例如有下面這么一些數(shù)據(jù)： asdf qwer zxcv qwer 擴(kuò)展置換后變?yōu)? Rasdfq fqwerz rzxcvq vqwera 在進(jìn)行 S 盒變換的時(shí)候，每 6 位一組的外面 2 位代表著每個(gè)小 S 盒中 4 種可能中的一種，中間 4 位代表了這一行中具體選擇哪一位來輸出 。 8 個(gè) S 盒的 32 位輸出經(jīng)過置換，使得每個(gè) S 盒的輸出在下一 輪中盡可能的影響更多的其他數(shù)據(jù)位 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 延邊大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 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 表 （ s 盒） 密鑰的產(chǎn)生 下圖 中指出的子密鑰的產(chǎn)生過程，可以看出：輸入的初始密鑰為 64位的，但是 其實(shí)真正使用的只有其中的 56 位被使用了，將 64 位劃分成一個(gè) 8X8矩 陣，每行的第八位都是被舍去的，第 8 位是校驗(yàn)位。得到的 56 位密鑰首先要經(jīng)過置換選擇 1(表 )處理，之后每輪產(chǎn)生子密鑰時(shí) 56 位密鑰被分為左右28 位，每次各自進(jìn)行循環(huán)左移（或旋轉(zhuǎn)） 1 位到 2 位，移位后的值作為下一輪的輸入。 同時(shí)對(duì)它們使用置換選擇 2(表 )，得到本輪的一個(gè)子密鑰。 延邊大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 C i（ 2 8 b it） D i（ 2 8 b it）左 移 （ S ） 左 移 （ S ）置 換 /壓 縮C i+ 1 D i+ 1K （ 5 6 b it）/ 4 8 b itK （ 6 4 b it）置 換 選 擇 1 圖 密鑰產(chǎn)生示意圖 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 表 （ PC1 表 ） 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 表 （ PC2 表 ） 延邊大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 第二章 DES 算法的安全性分析 及改進(jìn) DES 算法基于對(duì)稱加密算法的問題 DES 是對(duì)稱的分組密碼算法 。 對(duì)稱的分組密碼算法最主要的問題是 ： 由于加解密雙方都要使用相同的密鑰 ， 因此在發(fā)送 、 接收數(shù)據(jù)之前必須完成密鑰的分發(fā) ， 因而密鑰的分發(fā)便成了該加密體系中的最薄弱風(fēng)險(xiǎn)最大的環(huán)節(jié) ， 各種基本的手段均很難保障安全地完成此項(xiàng)工作 。 從而使密鑰更新的周期加長 ， 給他人破譯密鑰提供了機(jī)會(huì) 。 同時(shí)在多人通信的過程中，密鑰的 分配和 管理也是一個(gè)很大的問題。 如果大家采用的是同一個(gè)密鑰 ，那么當(dāng)這個(gè)密鑰被破解的時(shí)候，整個(gè)通信都會(huì)變得不安全，如果大家采用的是不同的密鑰，那么 N 個(gè)人參加通信的話就需要 N(N1)個(gè)密鑰，如此多的密鑰將會(huì)非常難以管理。 DES 算法的密鑰 密鑰的長度 DES 算法的密鑰長度為 56 位，也就是說密鑰存在 2 的 56 次方種可能，為72057594037927936 個(gè)密鑰。在設(shè)計(jì)之初，這樣的密鑰長度的 DES 算法是相當(dāng)安全的，假設(shè)一臺(tái)沒毫秒執(zhí)行一次 DES 解密的計(jì)算機(jī)大約需要 1000 年才能破譯出密文。在 1977 年 DES 剛被認(rèn)定為標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，但是如果想在是 10 小 時(shí)左右破譯出密文的話，大約需要花費(fèi) 2020 萬美元，很顯然這是得不償失的，而隨著計(jì)算機(jī)硬件能力的提升，破解的成本在逐年降低 。 1993 年，邁克爾維納設(shè)計(jì)了一部造價(jià)約 1 百萬美元的破解器，大約可以在 7 小時(shí)內(nèi)找到一個(gè)密鑰。但是這個(gè)機(jī)器并沒有被真正制造。 1998 年，電子前哨基金會(huì)（ EFF，一個(gè)信息人權(quán)組織）制造了一臺(tái) DES 破解器，造價(jià)約 250,000 美元 。該破解器可以用稍多于 2 天的時(shí)間暴力破解一個(gè)密鑰，它顯示了迅速破解 DES 的可能性。 延邊大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 2020 年德國的魯爾大學(xué)與基爾大學(xué)的工作組建造了 COPACOBANA，這個(gè)破 解器成本比 EFF 的破解器低了有 25 倍左右，同時(shí)這臺(tái)機(jī)器還可以通過 重配置，來用于別的密碼的破解， 2020 年， COPACOBANA 的改進(jìn)版出現(xiàn)，破解的時(shí)間被縮小到了 1 天以內(nèi)。 DES 算法本身存在一個(gè)缺陷： （ 1） DES 算法中存在簡(jiǎn)單關(guān)系 。 簡(jiǎn)單 關(guān)系可以 用以下關(guān)系式表示： 如果 則有 而 DES 中存在下面的關(guān)系： 所以 , Pi、 Ci、Ki 是 P、 C、 K 的逐位取補(bǔ)，這表明在 DES 中令 K、 P、 C 的逐位取補(bǔ)等于 f、 g、h 就滿足了簡(jiǎn)單關(guān)系，這個(gè)關(guān)系可以是 DES 的 窮舉 破 解的復(fù)雜性降低 2 個(gè)因子。 （ 2） 由于 DES 具有互補(bǔ)性，在對(duì) DES 進(jìn)行窮舉破解的時(shí)候，僅需要搜索其整個(gè)密鑰空間的一半。 存在弱密碼 由于算法各輪的子密鑰是通過改變初始密鑰這種方式得到的 ， 因此有些初始密鑰成了弱密鑰 ， 初始密鑰分成兩部分每部分各自獨(dú)立的移動(dòng)如果每一部分的所有位都是 0 或 1， 那么算法的任意一個(gè)周期的 子 密鑰都是相同的 ， 當(dāng)密鑰是全0 全 1 或者一半全 0 一半全 1 時(shí)會(huì)發(fā)生這種情況 ， 下面以十六進(jìn)制編碼的方式給出了四種弱密鑰 弱密鑰值 實(shí)際密鑰 0101 0101 0101 0101 0000000 0000000 1F1F 1F1F 1F1F 1F1F 0000000 FFFFFFF E0E0 E0E0 E0E0 E0E0 FFFFFFF 0000000 FEFE FEFE FEFE FEFE FFFFFFF FFFFFFF 表 弱密鑰 其他還存在一些只能產(chǎn)生 2