【文章內(nèi)容簡介】 (E)。將數(shù)據(jù)的右半部分 Ri從 32位擴展為 48位。位選擇函數(shù) (也稱 E盒 )如表 25所示。 第 2章 對稱密鑰密碼體系 43 Network and Information Security 圖 27 F(Ri, Ki)計算 Ri － 1( 32 比特 )E48 比特S1S2S3S4S5S6S7S8Ki( 48 比特 )P32 比特輸出第 2章 對稱密鑰密碼體系 44 Network and Information Security 表 25 擴展置換 (E) 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 特點： 擴展置換 (E) 將 32位 輸入擴展為 48位輸出，實際上 32位輸入中有 16位被重用；將 48位按 8行、 6列的次序排列；排列時，將輸入位序號按 32,1,2。 31,32的次序依次排列，但 上一行的后兩位依次在下一行的前兩位得到重用 ，認為最后一行的下一行是第 1行。 第 2章 對稱密鑰密碼體系 45 Network and Information Security (2) 異或 。 擴展后的 48位輸出 E(Ri)與壓縮后的 48位密鑰 Ki作異或運算 。 (3) S盒替代 。 將異或得到的 48位結(jié)果分成八個 6位的塊 ， 每一塊通過對應的一個 S盒產(chǎn)生一個 4位的輸出 。 八個 S盒如表 26所示 。 第 2章 對稱密鑰密碼體系 46 Network and Information Security 表 26 S 盒 S1盒 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 第 2章 對稱密鑰密碼體系 47 Network and Information Security S3盒 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盒 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盒 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 第 2章 對稱密鑰密碼體系 48 Network and Information Security S6盒 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盒 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盒 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 第 2章 對稱密鑰密碼體系 49 Network and Information Security S盒的具體置換過程為：某個 Si盒的 6位輸入的第 1位和第 6位形成一個 2位的二進制數(shù) (從 0～ 3)， 對應表中的某一行 ；同時，輸入的中間 4位構(gòu)成 4位二進制數(shù)(從 0～ 15)對應表中的 某一列 (注意：行和列均從 0開始計數(shù) )。 例如，第 8個 S盒的輸入為 001011，前后 2位形成的二進制數(shù)為 01，對應第 8個 S盒的第 1行；中間 4位為0101，對應同一 S盒的第 5列。 從表 26中可得 S8盒的第 1行第 5列的數(shù)為 3，于是就用 0011代替原輸入 001011。 第 2章 對稱密鑰密碼體系 50 S盒具有下列一些屬性： ? S盒的每一行都是 0—15的一個排列； ? S盒是非線性的，輸出不是輸入的一個仿射變換（輸入 6位，輸出 4位）； ? 改變 S盒的 1位輸入，至少有 2位輸出會發(fā)生改變； ? 如果一個 S盒的兩個輸入只有中間兩位，即 3,4位不同，它們的輸出至少有兩位不同； ? 如果一個 S盒的兩個輸入只有起始兩位，即第 1， 2位不同，而最后兩位，即第 6位相同，它們的輸出一定是不同的 。 ? 在任何一個 S盒中，當它的任一位輸入保持不變，其它 5位輸入盡情變化時，所有諸 4位輸出中， 0與 1的總數(shù)接近相等。 Network and Information Security 第 2章 對稱密鑰密碼體系 51 Network and Information Security 第 2章 對稱密鑰密碼體系 52 Network and Information Security (4) P盒置換 。 將八個 S盒的輸出連在一起生成一個 32位的輸出 ， 輸出結(jié)果再通過 置換 P產(chǎn)生一個 32位 的輸出即： F(Ri, Ki)。 表 27為 P盒置換 。至此 ， 密碼函數(shù) F的操作就完成了 。 最后 ， 將 P盒置換的結(jié)果與最初的 64位分組的左半部分異或 ， 然后左 、右半部分交換 ， 接著開始下一輪計算 。 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 表 27 P盒置換 第 2章 對稱密鑰密碼體系 53 Network and Information Security 第三階段 ： 末置換函數(shù) IP1 末置換是 初始置換的逆變換 。 對 L0和 R0進行 16輪相同的運算后 ， 將得到的兩部分數(shù)據(jù)合在一起 ， 經(jīng)過一個末置換函數(shù)就可得到 64位的密文 c， 即： c=IP1(R16L16) （ 16指的是 16輪 ） 表 28列出了該變換 。 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 表 28 末 置 換 IP1 第 2章 對稱密鑰密碼體系 54 DES的解密 Network and Information Security 第 2章 對稱密鑰密碼體系 55 Network and Information Security 函數(shù) F的設計 函數(shù) F是 DES加密的核心 ， 它依賴于 S盒的設計 。這也適用于其它的對稱分組加密算法 。 下面我們簡單討論一下有關(guān) F函數(shù)的一些通用設計準則以及 S盒設計問題 。 (1) F的設計準則 。函數(shù) F的基本功能就是 “ 擾亂(confusion)”輸入，因此，對于 F來說，其非線性越高越好，也就是說，要恢復 F所做的 “ 擾亂 ” 操作越難越好。 第 2章 對稱密鑰密碼體系 56 Network and Information Security 其它的設計準則還包括嚴格 雪崩準則 (SAC) 和 比特獨立準則 (BIC) 。 所謂 SAC，就是要求算法具有良好的雪崩效應， 輸入當中的一個比特發(fā)生變化都應當使輸出產(chǎn)生” 盡可能多 ” 的比特變化 。 嚴格地說，就是當任何單個輸入比特位i發(fā)生變換時，一個 S盒的第 j比特輸出位發(fā)生變換的概率應為 1/2，且對任意的 i,j都應成立。 BIC的意思是當 單個輸入比特位 i發(fā)生變化時，輸出比特位 j,k的變化應當互相獨立 ，且對任意的 i,j,k均應成立。 SAC和 BIC可以有效的增強 F函數(shù)的“擾亂”功能。 第 2章 對稱密鑰密碼體系 57 Network and Information Security (2) S盒設計 。 S盒的設計在對稱分組密碼研究領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用 。 本質(zhì)上 ， S盒的作用就是對輸入向量進行處理 ， 使得輸出看起來更具隨機性 ， 輸入和輸出之間應當 是非線性的 ， 很難用線性函數(shù)來逼近 。 顯然 ， S盒的尺寸是一個很重要的特性 。一個 n m的 S盒其輸入為 n比特 ， 輸出為 m