【文章內(nèi)容簡介】 置換中的變換如何進行，如表 32 所示。例如，它指出初始置換將原明文塊的第一位換成原明文塊的第 58 位，第 2位換成原明文塊的第 50 位，等等，這只是把原明文塊進行移位。 表 32 初始置換 明文塊中各位位置 換成該位置的內(nèi)容 1 2 3 ? 64 58 50 42 ? 7 表 33 顯示了 IP 使用的完整變換表。這個 表要從左向右、從上到下讀。例如，密鑰 步驟 1 步驟 2 步驟 3 步驟 4 明文（ 64 位） 初始置換 （ IP） LPT RPT 16 輪 16 輪 密鑰 步驟 6 步驟 5 最終轉(zhuǎn)換（ FP） 密文（ 64 位） 河北經(jīng)貿(mào)大學畢業(yè)論文 10 我們發(fā)現(xiàn)第一個位置的 58 表示原明文塊中第 58 位的內(nèi)容在初始置換時改寫第一位的內(nèi)容，同樣， 1 放在表中第 40 位，表示第一位改寫原明文塊中第 40 位，所有其他位一樣。 IP 完成后，得到的 64 位置換文本塊分成兩半，各 32 位，左塊成左明文（ LPT），右塊成右明文（ RPT）。然后對兩塊進行 16 輪操作。 表 33 IP 使用的完整變換表 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 DES 的一輪 DES 的一輪包括圖 34 所示步驟 。 圖 34 DES 的一輪 第一步：密鑰變換 最初 64 位密鑰通過放棄每個第 8 位而得到 56 位密鑰。這樣，每一輪有個 56位密鑰。每一輪從這個 56 位 密鑰產(chǎn)生不同的 48 位子密鑰，稱為密鑰變換。為此，56 位 密鑰分成兩半，各為 28 位，循環(huán)左移一位或兩位。例如，如果輪號為 16，則只移一位，否則移 兩位。 表 34 顯示了每一輪移動的密鑰位數(shù)。 擴展置換 S盒替換 密鑰變換 P 盒替換 異或交換 河北經(jīng)貿(mào)大學畢業(yè)論文 11 相應(yīng)移動后，選擇 56 位中的 48 位。選擇 56 位中的 48 位時使用表 35所示，如果仔細看看表格則可發(fā)現(xiàn)其中只有 48 位。位號 18 放棄（表中沒有），另外 7位也是，從而將 56 位減到 48 位。由于密鑰變換要進 行置換和選擇 56 位中的 48位，因此稱為壓縮置換 (pression permutation)。 表 34 每一輪移動的密鑰位數(shù) 輪號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 位數(shù) 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1 表 35 壓縮置換 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 第 2 步 擴展置換 經(jīng)過初始置換后我們得到兩個 32 位明文區(qū)，分別稱為左明文和右明文。擴展置換將右明文從 32 位擴展到 48 位，除了從 32 位擴展到 48 位之外，這些位也進行置換 ，因此稱為擴展置換（ expansion permutation）。過程如下： 1) 將 32 位右明文分成 8 塊，每塊各有 4 位，如圖 35 所示 。 2) 將上一步的每個 4位塊擴展為 6位塊，即每個 4位塊增加 2 位。這兩位實際上是重復 4 位塊的第 1位和第 4位。第 2位和第 4位口令輸入一樣寫出。注意第一個輸入位在第二個輸出位重復，并在第 48 位重復。同樣，第 32 個輸入位在第 47 個輸出位和第 1 個輸出位。 顯然，這個過程在生成輸出時擴展和置換輸入位。 河北經(jīng)貿(mào)大學畢業(yè)論文 12 圖 35 擴展置換 右明文擴展置換過程如圖 36 所示。 圖 36 右明文擴展置換過程 由擴展置換過程圖 可以 知： 第一個輸入位出現(xiàn)在第二個輸出位和第 48 位，第二個輸入位到第三個輸出位，等等。因此，擴展置換實際上使用 表 36 所示。 1 2 3 4 5 6 輸出塊 1 輸出塊 2 輸出塊 8 2 1 3 4 5 6 7 8 ? 輸入塊 1 輸入塊 2 輸入塊 8 原始 32 位右明文 塊 1（ 4位） 塊 2（ 4位） 塊 8（ 4位） ? 河北經(jīng)貿(mào)大學畢業(yè)論文 13 表 36 右明文擴展置換表 32 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 24 25 26 27 28 29 30 31 32 1 由表 35可 知 密鑰變換將 56 位密鑰壓縮成 48 位，而擴展置換將 32 位右明文擴展為 48 位。現(xiàn)在， 48 位密鑰與 48 位右明文進行異或運算，將結(jié)果傳遞到下一步，即 S 盒替換。 S 盒替換如圖 37 所示。 圖 37 S 盒替換 第 3 步： S 盒替換 替換使用 8 個替換盒（ substitution boxes） (也稱為 S 盒 )，每個 S盒有 6 位輸入和 4 位輸出。 48 位輸入塊分成 8個子塊（各有 6 位），每個子塊指定一個 S 盒。S 盒將 6位輸入變成 4 位輸出。 第 4 步： P 盒置換 所有 S 盒的輸出 組成 32 位塊，對該 32 位要進行 P 盒置換（ Pbox Permutation）。 P 盒置換機制只是進行簡單置換（即按 P 表指定把一位換成另一位，而不進行擴展的壓縮）。 表 37顯示了 P 盒。例如，第一塊的 16 表示原輸入的第16位移到輸出的第 1位，第 16 塊的 10 表示原輸入的第 10 位移到輸出的第 16 位。 S盒替換 密鑰變換（將密鑰從 56位壓縮為 48 位） 擴展置換（將右明文從 32位擴展為 48位） 48 位密鑰 48 位右明 文 XOR 河北經(jīng)貿(mào)大學畢業(yè)論文 14 表 37 P 盒置換 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 第 5 步：異或與交換 注意上述所有操作只是處理了 64 位明文的右邊 32 位，還沒有處理左邊部分。這時，最初 64 位明文的大部分與 P 盒置換的結(jié)果進行異或運算，結(jié)果成為新的右明文，并通過交換將舊的右明文變成為新的 左明文。 最終置換 16 輪結(jié)束后，進行最終置換（只一次），即按 表 38 進行變換。例如，第 40位輸入代替第 1位輸出 等等。 最終置換的輸出就是 64 位加密塊。 表 38 最終置換 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 河北經(jīng)貿(mào)大學畢業(yè)論文 15 4 DES 加密模塊設(shè)計 DES 加密算法介紹 DES (Data Encryption Standard， 數(shù)據(jù)加密標準），是由 IBM公司研制的一種加密算法， 1977 年，美國國家標準局宣布把它作為非機要部門使用的的數(shù)據(jù)加密標 準，隨著“三金”工程尤其是金卡工程的啟動， DES 算法在 POS、 ATM、磁卡及智能卡 （ IC 卡） 、加油站、高速公路收費站等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用 ，以此來實現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的保密。如信用卡持卡人的 PIN的加密傳輸、 IC 卡與 POS 間的雙向認證、金融交易數(shù)據(jù)包的 MAC校驗等，均用到 DES 算法。 DES 算法的入口參數(shù)有三個： Key、 Data、 Mode。其中 Key 為 8 字節(jié)共 64位，是 DES 算法的工作密鑰； Data 也為 8 字節(jié)共 64 位，是要被加密或被解密的數(shù)據(jù)； Mode 為 DES 的工作方式，包括加密和解密兩種， 如 圖 41為 DES 算法框圖。 如 Mode 為加密，則用 Key把數(shù)據(jù) Data 進行加密，生成 Data 的密碼形式（ 64位）作為 DES 的輸出結(jié)果。如 Mode 為解密，則用 Key 把密碼形式的數(shù)據(jù) Data解密，還原為 Data 的明碼形式（ 64 位），作為 DES 的輸出結(jié)果。 通過定期在通信網(wǎng)絡(luò)的源端和目的地端同時改用新的 Key，便能更進一步提高數(shù)據(jù)的保密性，這正是現(xiàn)在金融交易網(wǎng)絡(luò)流行的做法。 DES 算法把 64 位的明文輸入塊變?yōu)?64 位的密文輸出塊，它所使用的密鑰也是 64 位的，其功能是把輸入的 64 位數(shù)據(jù)塊按位重新組合，并把輸出分為 L0、R0 兩部分，每部分各長 32 位，其置換規(guī)則見表 41。 表 41 DES 算法置換規(guī)則 58 50 12 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 53 55 47 39 31 23 15 7 即將輸入的第 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、 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，例：設(shè)置換前的輸入值為 D1D2D3? D64，則經(jīng)過初始置換后的結(jié)果為：河北經(jīng)貿(mào)大學畢業(yè)論文 16 L0=D50?， D8； R0=D57D49，? D7。 明 文L O R OI Pf+K 1L 1 = R 0R 1 = L 0 異 或f ( R 0 , K 1 )1 6 輪 相 同 計 算R 1 6 = L 1 5 異 或f ( R 1 5 , K 1 6 )L 1 5 = R 1 6I P 1密 文 圖 41 DES 算法框圖 經(jīng)過 16 次迭代運算后，得到 L1 R16，將此作為輸入，進行逆置換，即得到密文輸出。逆置換正好是初始置換的逆運算，例如，第 1位經(jīng)過初始置換后，處于第 40 位，而通過逆置換，又將第 40 位換回到第 1位，其逆置換規(guī)則、放大換位、單純 換位分別見表 4表 4表 44。 河北經(jīng)貿(mào)大學畢業(yè)論文 17 表 42 DES 算法逆置換規(guī)則 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 43 DES 算法放大換位表 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 表 44 DES 算法單純換位表 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 在 f（ R， K）算法描述圖中， S1， S2， ?， S8 為選擇函數(shù)，其功