【文章內(nèi)容簡介】 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 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 7 頁 The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT F 函數(shù)運算的原理 F函數(shù)包括了： E擴展的置換選擇，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)運算圖： 32 位 48 位 K[i]48位 48 位 32 位 圖 25 F 函數(shù)運算 L[i] C[i] R[i] D[i] 左移 右移 置換 \壓縮 （置換選擇 2） 擴展 \置換 （ E 表） 異或運算 L[i+1] C[i+1] R[i+1] D[i+1] 替代 \選擇 （ S 盒 ） 置換（ P) 異 或運算 左移移 置換 壓縮（置換選擇 ）擴展 置換（ 表）異或運算替代 選擇（ 盒 ）置換（異或運算 The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT8 1. 擴充置換 E 擴充置換 E 的作用是將 32 位的輸入（即 IP 輸出的右 32 位）進行操作使其變成 48 位的輸出，并作為與相對應的 48 位子密鑰異或的輸入。 E 擴充置換的規(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 擴展置換盒 E 設輸入為 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)換得出最終的擴充結(jié)果。 2. S盒置換 s 盒置換的作用主要是對 48 位的輸入進行縮減置換為 32 位輸出，也是整個 DES 中唯一的非線性組件，是保證安全的關鍵所在。其中每個 s盒以 6位輸入，產(chǎn)生 4 位的輸出結(jié)果。對于 s 盒的選擇函數(shù)是被一個事先指定的方式表示的，每個 s 盒是一個 4*16 的矩陣表示，下面就是 8 個 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 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 9 頁 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個組，其中每個組有 6位分別為 m1 到 m6。每個組的 Bi 的第一位和第六位組成一個 2 進制數(shù)其值可能為： 00,01,10,11 分別代表這個矩陣中的第 1行，第 2行，第 3行，第 4 行。而 中間的 4位就是 0 到 15 這 16 個數(shù)值，用它來選取這個矩陣的 16 列中的其中一列。這樣 8個 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 s盒的 32 位輸出，在進行 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，以此類推。 再將 p置換后的數(shù)據(jù)與最初的左半部分進行異或，然后將其與右半部分進行交換后再進行下一輪。 DES 加密的原 理 DES 加密將傳統(tǒng)的代替法和換位法進行多次組合，利用分散和錯亂的相互作用得出了密碼強度高的密文。加密時， DES 對以 64位為分組的明文進行操作，通過一個初始置換，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 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 11 頁 The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT長，作為加密運算的初始輸入。然后進行 16 輪完全相同的運算，最后經(jīng)過一個末置換（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層的輸出有如下關系： 1?? nn RL ),( 11 nnnn KRfLR ?? ?? 式中⊕表示以 2為模的邏輯異或運算。 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 加密的關鍵，其為一個非線性函數(shù)，此非線性運算提供了很好的安全性，它由 S 盒來實現(xiàn)。在 f 函數(shù)中， 32 為的明文先被擴展為 48 位，然后與 48為輪密鑰進行異或后分 為 6 位一組，分別對應作為 8個 S盒的輸入。 S 盒有 4 行 16列，每個行與列的交叉處有一個數(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，此兩位二進制信息的組合可由 0、 3 各行中選中一行；第 2 位至第 5 位看作是選列信號，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 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進行異或運算得出下一輪的 Rn。前一輪的 Ri1 作為本輪的 Ln。 這樣經(jīng)過 16輪的運算得到 L15 和 R15Ln1 Rn1 Ln Rn f(Rn1,kn) 異或 Kn The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT12 進行一次左右交換再進行逆初始置換得出最終的密文就完成了加密的過程。過程如下圖 217： 圖 217 加密過程 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 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 13 頁 The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT DES 解密的過程 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，因為 DES 加密算法是對稱加密算法，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的密鑰及相同算法的逆算法對密文進行解密，才能使其恢復成可讀明文。在對稱加密算法中，使用的密鑰只有一個，發(fā)收 信雙方都使用這個密鑰對數(shù)據(jù)進行加密和解密。 所以 DES 解密的過程就是它對密文，用加密時所使用的密鑰對密文進行加密而得到的結(jié)果，這個結(jié)果就是我們所加密之前的明文。 DES 解密的過程 在 DES 對 密文進行解密之前，首先要對密文進行分組，將密文分別分為64Bit為一組來進行解密，在解密之后再將這些分組按照先后順序組合起來。在解密的時候?qū)⒎趾媒M的密文按照 DES 加密的過程來進行。通過一個初始置換，將密文分組分成左半部分和右半部分，各 32 位長，作為