【文章內(nèi)容簡介】 28 48 32 48 32 32 32 32 One Round of DES 48 32 Ki P box ? ? （ 1） IP置換表和 IP1逆置換表 ? 輸入的 64位數(shù)據(jù)按 IP表置換進行重新組合，并把輸出分為 L0和 R0兩部分，每部分各 32位，其 IP表置換如表 31所示 表 31 IP置換表 58 50 42 34 26 18 10 2 60 52 44 36 28 20 12 4 62 54 46 38 30 22 14 6 64 56 48 40 32 24 16 8 57 49 41 33 25 17 9 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 41 初始置換 IP和 IP1 2 0 1 439。MM?14 2039。 39。39。MM?IP IP1 將輸入的 64位明文的第 58位換到第 1位，第 50位換到第 2位，依此類推，最后一位是原來的第 7位。 L0和 R0則是換位輸出后的兩部分， L0是輸出的左 32位， R0是右 32位。比如：置換前的輸入值為 D1D2D3… D64，則經(jīng)過初始置換后的結(jié)果為：L0=D58D50… D8， R0=D57D49… D7。 經(jīng)過 16次迭代運算后。得到 L16和 R16，將此作為輸入進行逆置換，即得到密文輸出。 表 32 IP1逆置換表 逆置換正好是初始置的逆運算，例如，第 1位經(jīng)過初始置換后，處于第 40位，而通過逆置換 IP1，又將第 40位換回到第 1位，其逆置換 IP1規(guī)則表如 32所示。 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 (2) 函數(shù) f的內(nèi)部流程 Ri1（ 32bit） E S1 S2 S8 P Ki（ 48bit） 48bit 32bit f( Ri1,ki ) (32bit) ? E變換的算法是從 Ri1的 32位中選取某些位，構(gòu)成 48位，即 E將32位擴展為 48位。變換規(guī)則根據(jù) E位選擇表，如表 33所示。 表 33 E位選擇表 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 ? 每個 S盒輸出 4位，共 32位， S盒的工作原理將在第 4步介紹。S盒的輸出作為 P變換的輸入， P的功能是對輸入進行置換，P換位表如表 34所示。 ? Ki是由密鑰產(chǎn)生的 48位比特串，具體的算法是：將 E的選位結(jié)果與 Ki作異或操作，得到一個 48位輸出。分成 8組，每組 6位，作為 8個 S盒的輸入。 表 34 P換位表如表 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 （ 3） DES的密鑰 Ki計算 ? DES在各輪中所用的密鑰均為由初始密鑰（即種子密鑰）導出的 48位密鑰。 ? 初始密鑰為 64位，其中第 1 2 3 4 5 64位均為校驗位。 ? 如此設(shè)置校驗位的目的是使每 8個字節(jié)所含的字符“ 1”個數(shù)為奇數(shù)，以便能夠檢測出每個字節(jié)中的錯誤。 子密鑰 ki產(chǎn)生流程圖 PC1 C0 D0 LS1 LS1 C1 D1 LS2 LS2 C2 D2 LS16 LS16 C16 D16 PC2 PC2 PC2 K(64bit) K1(48bit) K2(48bit) K16(48bit) 假設(shè)初始密鑰為 K，長度為 64位，但是其中第 8， 16， 24，32， 40， 48， 64作奇偶校驗位，實際密鑰長度為 56位。K下標 i的取值范圍是 1到 16，用 16輪來構(gòu)造。構(gòu)造過程如圖所示。 50 子密鑰的產(chǎn)生 產(chǎn)生子密鑰 Ki具體描述為： ? 首先，對于給定的密鑰 K，應(yīng)用 PC1變換進行選位，選定后的結(jié)果是 56位，設(shè)其前 28位為 C0，后 28位為 D0。 PC1選位如表 35所示。 表 35 PC1選位表 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 23 15 7 62 54 46 38 30 22 14 6 61 53 45 37 29 21 13 5 28 20 12 4 ? 第 1輪：對 C0作左移 LS1得到 C1，對 D0作左移 LS1得到 D1，對 C1D1應(yīng)用 PC2進行選位，得到 K1。其中 LS1是左移的位數(shù)，如表 36所示。 ? 第 2輪：對 C1和 D1作左移 LS2得到 C2和 D2，進一步對 C2D2應(yīng)用 PC2進行選位，得到 K2。如此繼續(xù)，分別得到 K3， K4， … ， K16。 表 36 LS移位表 輪 數(shù) 循環(huán)左移位 數(shù) 輪 數(shù) 循環(huán)左移位 數(shù) 輪 數(shù) 循環(huán)左移位 數(shù) 輪 數(shù) 循環(huán)左移位 數(shù) 1 1 5 2 9 1 13 2 2 1 6 2 10 2 14 2 3 2 7 2 11 2 15 2 4 2 8 2 12 2 16 1 表 37 PC2選位表 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 （ 4） S盒的工作原理 ? S盒以 6位作為輸入，而以 4位作為輸出，現(xiàn)在以 S1為例說明其過程。 ? 假設(shè)輸入為 A=a1a2a3a4a5a6，則 a2a3a4a5所代表的數(shù)是 0到 15之間的一個數(shù)，記為： k=a2a3a4a5；由 a1a6所代表的數(shù)是 0到 3間的一個數(shù)，記為 h=a1a6。在 S1的 h行， k列找到一個數(shù) B， B在0到 15之間，它可以用 4位二進制表示，為 B=b1b2b3b4，這就是 S1的輸出。 ? S盒由 8張數(shù)據(jù)表組成，如教材 P8485所示。 S盒的構(gòu)造 DES加密范例 ? 已知明文 m=puter，密鑰 k=program。 m=01100011 01101111 01101101 01110000 01110101 01110100 01100101 01110010 k=01110000 01110010 01101111 01100111 01110010 01100001 01101101 ? 這里 k只有 56bit，必須插入第 8， 16， 24， 32， 40， 48， 56，64這 8個奇偶校驗位成為 64比特。 k= 0111000* 0011100* 1001101* 1110110* 0111011* 1001001* 1000010* 1101101* ? m經(jīng)過 IP置換后得 L0 =11111111 10111000 01110110 01010111 R0 =00000000 11111111 00000110 10000011 ? 密鑰 k經(jīng) PC1置換得 C0 =11101100 10011001 00011011 1011 D0 =10110100 01011000 10001110 0111 ? C0和 D0各循環(huán)左移一位后通過 PC2得到 48bit的子密鑰 k1。 C1=11011001 00110010 00110111 0111 D1 =01101000 10110001 00011100 1111 k1 =00111101 10001111 11001101 00110111 00111111 01001000 DES加密范例 ? R0經(jīng)過 E變換后擴展為 48bit。 10000000 00010111 11111110 10000000 11010100 00000110 ? 再和 k1 作異或運算，得 10111101 10011000 00110011 10110111 11101011 01001110 ? 分成 8組 101111 011001 100000 110011 101101 111110 101101 001110 ? 經(jīng)過 S盒后輸出 32bit 0111 0110 1101 0100 0010 0110 1010 0001 ? 再經(jīng)過 P置換得 01000100 00100001 10011111 10011011 01( , )f R kDES加密范例 ? 所以第一輪迭代的結(jié)果為 ? =10111011 10011001 11101001 11001100 10LR?1 0 0 1( , )R L f R k??DES加密范例 4. DES的解密過程 ? 采用與加密相同的算法。 ? 以逆序（即 ）使用密鑰。 11516 , KKK ???111 2 1 6( ) ( )D E S c I P T T T I P c?? ??實現(xiàn)效果 不同微處理器上的 DES軟件實現(xiàn)速度 處理器 處理器速度（ MHz） 每秒處理的 DES分組個數(shù) 8088 370 68000 900 80286 6 1,100 68020 16 3,500 68030 16 3,900 80286 25 5,000 68030 50 10,000 68040 25 16,000 68040 40 23,000 80486 66 43,000 雪崩效應(yīng) ? 明文或密鑰的微小改變將對密文產(chǎn)生很大的影響是任何算法所期望的一個好性質(zhì)。明文或密鑰的某一位發(fā)生變化會導致密文的很多位發(fā)生變化。如果相應(yīng)的改變很小，可能會給分析者提供縮小搜索密鑰或明文空間的渠道。 ? DES顯示出很強的雪崩效應(yīng)：如下兩條僅有一位不同的明文： ? 00000000 00000000