【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1 59 51 43 35 27 19 11 3 61 53 45 37 29 21 13 5 63 55 47 39 31 23 15 7 40 8 48 16 56 24 64 32 39 7 47 15 55 23 63 31 38 6 46 14 54 22 62 30 37 5 45 13 53 21 61 29 36 4 44 12 52 20 60 28 35 3 43 11 51 19 59 27 34 2 42 10 50 18 58 26 33 1 41 9 49 17 57 25 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 7 頁(yè) The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT F 函數(shù)運(yùn)算的原理 F函數(shù)包括了： E擴(kuò)展的置換選擇，與密鑰的異或， S盒的縮減選擇，以及 P 置換選擇和與上一輪的 L（左） 32 位異或，從而形成了 DES 的 16輪迭代中的每一輪。下圖為 F函數(shù)運(yùn)算圖： 32 位 48 位 K[i]48位 48 位 32 位 圖 25 F 函數(shù)運(yùn)算 L[i] C[i] R[i] D[i] 左移 右移 置換 \壓縮 （置換選擇 2） 擴(kuò)展 \置換 （ E 表） 異或運(yùn)算 L[i+1] C[i+1] R[i+1] D[i+1] 替代 \選擇 （ S 盒 ） 置換（ P) 異 或運(yùn)算 左移移 置換 壓縮（置換選擇 ）擴(kuò)展 置換（ 表）異或運(yùn)算替代 選擇（ 盒 ）置換（異或運(yùn)算 The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT8 1. 擴(kuò)充置換 E 擴(kuò)充置換 E 的作用是將 32 位的輸入（即 IP 輸出的右 32 位）進(jìn)行操作使其變成 48 位的輸出，并作為與相對(duì)應(yīng)的 48 位子密鑰異或的輸入。 E 擴(kuò)充置換的規(guī)則是將輸入的 32 位作為輸出的第 1位，輸入的第 1 位作為輸出的第 2位。 圖 26 擴(kuò)展置換盒 E 設(shè)輸入為 M,輸出為 C,那么有函數(shù) E（ M） =C，則有 C1=M32， C2=M1?? 如上圖位置轉(zhuǎn)換得出最終的擴(kuò)充結(jié)果。 2. S盒置換 s 盒置換的作用主要是對(duì) 48 位的輸入進(jìn)行縮減置換為 32 位輸出，也是整個(gè) DES 中唯一的非線(xiàn)性組件，是保證安全的關(guān)鍵所在。其中每個(gè) s盒以 6位輸入，產(chǎn)生 4 位的輸出結(jié)果。對(duì)于 s 盒的選擇函數(shù)是被一個(gè)事先指定的方式表示的，每個(gè) s 盒是一個(gè) 4*16 的矩陣表示，下面就是 8 個(gè) s 盒的 具體敘述： 圖 27 S1 盒 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 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 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 9 頁(yè) The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT 圖 28 S2 盒 圖 29 S3 盒 圖 210 S4 盒 圖 211 S5 盒 圖 212 S6 盒 圖 213 S7 盒 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 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 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 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 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 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 The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT10 圖 214 S8 盒 s 盒選擇規(guī)則：輸入到 s 盒的位數(shù)為 48 位，并將其分成 8 組，每組6位，用 B 表示每一組，用 m表示每一位。那么就有 B1 到 B8 這么 8個(gè)組，其中每個(gè)組有 6位分別為 m1 到 m6。每個(gè)組的 Bi 的第一位和第六位組成一個(gè) 2 進(jìn)制數(shù)其值可能為： 00,01,10,11 分別代表這個(gè)矩陣中的第 1行，第 2行，第 3行，第 4 行。而 中間的 4位就是 0 到 15 這 16 個(gè)數(shù)值，用它來(lái)選取這個(gè)矩陣的 16 列中的其中一列。這樣 8個(gè) s 盒就選出了4*8=32 位的結(jié)果輸出，這樣就將 48位的數(shù)據(jù)縮減為 32 位了。 3. P置換 p置換的輸入 時(shí) s盒的 32 位輸出，在進(jìn)行 p置換后輸出結(jié)果依然為 32位只是改變了置換前的順序，置換規(guī)則如下圖 26： 圖 215 P 置換 將輸入的第 16 位輸出到第 1位，將第 7位輸出到第 2位，以此類(lèi)推。 再將 p置換后的數(shù)據(jù)與最初的左半部分進(jìn)行異或，然后將其與右半部分進(jìn)行交換后再進(jìn)行下一輪。 DES 加密的原 理 DES 加密將傳統(tǒng)的代替法和換位法進(jìn)行多次組合，利用分散和錯(cuò)亂的相互作用得出了密碼強(qiáng)度高的密文。加密時(shí)， DES 對(duì)以 64位為分組的明文進(jìn)行操作，通過(guò)一個(gè)初始置換，將明文分組分成左半部分和右半部分，各 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 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 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 11 頁(yè) The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT長(zhǎng)，作為加密運(yùn)算的初始輸入。然后進(jìn)行 16 輪完全相同的運(yùn)算，最后經(jīng)過(guò)一個(gè)末置換（初始置換的逆置換），將 64 位的密文輸出 圖 216 輸出交換 第 N1 層和第 N層的輸出有如下關(guān)系： 1?? nn RL ),( 11 nnnn KRfLR ?? ?? 式中⊕表示以 2為模的邏輯異或運(yùn)算。 nK 為向第 n 層輸入的 48 比特的輪密鑰。 1nL 和 1nR 分別表示第 n1層的左右輸出。 f 是 DES 加密的關(guān)鍵，其為一個(gè)非線(xiàn)性函數(shù)，此非線(xiàn)性運(yùn)算提供了很好的安全性，它由 S 盒來(lái)實(shí)現(xiàn)。在 f 函數(shù)中， 32 為的明文先被擴(kuò)展為 48 位，然后與 48為輪密鑰進(jìn)行異或后分 為 6 位一組，分別對(duì)應(yīng)作為 8個(gè) S盒的輸入。 S 盒有 4 行 16列，每個(gè)行與列的交叉處有一個(gè)數(shù)值。 S 盒的操作規(guī)則是將 6位一組的輸入中的第 1 位和第 6 位看作是選行信號(hào)，此兩位二進(jìn)制信息的組合可由 0、 3 各行中選中一行；第 2 位至第 5 位看作是選列信號(hào)，共 16 種組合，故可由 S 盒的16列中選中一列，選中的行與列的交叉點(diǎn)的數(shù)即為 S 盒的輸出，此數(shù)的值在0 與 15 之間，正好以 4 比特的輸出表示， 8 個(gè) S 盒正好輸出 32 位。將得出的 32 位值作為置換 P 的輸入，在與前一輪的 Ln1進(jìn)行異或運(yùn)算得出下一輪的 Rn。前一輪的 Ri1 作為本輪的 Ln。 這樣經(jīng)過(guò) 16輪的運(yùn)算得到 L15 和 R15Ln1 Rn1 Ln Rn f(Rn1,kn) 異或 Kn The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT12 進(jìn)行一次左右交換再進(jìn)行逆初始置換得出最終的密文就完成了加密的過(guò)程。過(guò)程如下圖 217： 圖 217 加密過(guò)程 第 2 輪 64 比特密文 56 比特密鑰 初始置換 置換選擇 2 左循環(huán)移位 第 1 輪 置換選擇 2 左循環(huán)移位 置換選擇 2 左循環(huán)移位 第 16 輪 左右交換 64 比特明文 逆初始置換 K1 K2 K166 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 13 頁(yè) The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT DES 解密的過(guò)程 DES 解密的原理 DES 加密算法的解密與它本身的加密算法的原理是一樣的，因?yàn)?DES 加密算法是對(duì)稱(chēng)加密算法，所以它在 收信方收到密文后，若想解讀原文，則需要使用加密用過(guò)的密鑰及相同算法的逆算法對(duì)密文進(jìn)行解密，才能使其恢復(fù)成可讀明文。在對(duì)稱(chēng)加密算法中，使用的密鑰只有一個(gè)，發(fā)收 信雙方都使用這個(gè)密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密。 所以 DES 解密的過(guò)程就是它對(duì)密文，用加密時(shí)所使用的密鑰對(duì)密文進(jìn)行加密而得到的結(jié)果，這個(gè)結(jié)果就是我們所加密之前的明文。 DES 解密的過(guò)程 在 DES 對(duì) 密文進(jìn)行解密之前，首先要對(duì)密文進(jìn)行分組，將密文分別分為64Bit為一組來(lái)進(jìn)行解密，在解密之后再將這些分組按照先后順序組合起來(lái)。在解密的時(shí)候?qū)⒎趾媒M的密文按照 DES 加密的過(guò)程來(lái)進(jìn)行。通過(guò)一個(gè)初始置換，將密文分組分成左半部分和右半部分，各 32 位長(zhǎng)，作為