【導讀】之有效的能保證信息安全性的方法。DES算法是眾多數(shù)據(jù)加密算法中的一種，在。長度進行了擴展。使DES的安全性得到了增強，同時相較于DES算法的改進算法。3DES算法，效率上會比3DES高，安全性上也不會遜色于3DES。

　　

【正文】 ( 3 2 b i t )X ORF 函 數(shù)L n ( 3 2 b i t ) R n ( 3 2 b i t )X OR1 6輪加密………R n ( 3 2 b i t ) L n ( 3 2 b i t ) R n ( 3 2 b i t ) L n ( 3 2 b i t )E l E rE ( 1 2 8 b i t )K 1 的 子 密鑰 1K 1 的 子 密鑰 2K 2 的 子 密鑰 1K 2 的 子 密鑰 2 圖 DESnew2 延邊大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 21 第四章 兩種改進方法的算法分析及與 3DES 的比較 兩種改進的算法分析 兩種改進算法 思想相近，只是用兩種不同的實現(xiàn)方式 來達到同樣的改進效果，所以在做算法分析的時候?qū)煞N算法合并起來一起考慮，下面對兩種改進算法的算法效率和算法安全性來做一下分析。 算法效率 算法效率是指算法執(zhí)行的時間，算法執(zhí)行時間需通過依據(jù)該算法編制的程序在計算機上運行時所消耗的時間來度量。 一個加密算法的好壞，不光要看算法安全性怎么樣，也要看算法的執(zhí)行效率怎么樣，往往算法效率越高的加密算法，就越能適應(yīng)苛刻的硬件環(huán)境。 本文所提出的 兩個 改進算法 就算法的理論上分析可以看出，這兩個算法的執(zhí)行效率會與 DES 算法本身的效率相近，改進算法中，雖然改進算法加密一次需要進行兩次 DES 加密，但是改進的加密算法在讀取的時候是讀取的 128 位的數(shù)據(jù)流，相對于 DES 一次讀取 64 的數(shù)據(jù)流來看，改進 的加密算法與 DES 加密算法對同一塊明文進行加密時都只進行了一次加密，所以理論上，改進后的加密算法和 DES 算法是具有相同的加密效率的 。 算法的安全性 兩種改進后的加密算法，由于兩個密鑰在加密的過程中進行了交互，使得最后得到的密文同時受到了兩個密鑰的影響，同時這個影響的結(jié)果不存在一個密鑰會使得密文產(chǎn)生相同的結(jié)果，所以這兩個密鑰的長度可以單純的相加在一起形成一個新的密鑰，即改進算法的密鑰長度為 112 位，相對于原 DES 算法 的 56 位來說，密鑰的長度被延長了一倍，這種密鑰長度在現(xiàn)在還是安全的。而 且這兩種改進算法可以防止中間相遇攻擊。 用來衡量安全性最簡單的最直接的一個參照是破譯所用的代價，在現(xiàn)實世界延邊大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 22 中，衡量一個算法是否安全，破譯的代價是最重要的一個參照，因為破譯密鑰無非是想從中獲取利益，而當破譯的代價遠高出破譯后所獲得的利益時，那么這個算法的 安全性也可以說是有保障的，按照現(xiàn)在所擁有的計算能力，以及獲得這些計算能力（表 ）所需要花費的金錢來看， DES 算法在現(xiàn)今已經(jīng)不夠安全了，破譯密鑰所需的微乎其微，甚至普通的個人電腦安裝破譯軟件后很簡單的就能破譯出明文，而本次經(jīng)過改進后，密鑰的長度變?yōu)榱?112 位，從表中可以看出，破譯所需的花費已經(jīng)時間上考慮，代價是相當大的，可以認為破譯是沒有性價比的，所以這次的算法改進是有意義的。（當然這只是單純的考慮計算能力，密鑰破譯也是很考慮技巧性的） 花費 密鑰長度 56 64 80 112 128 $50 35 hours 1 year 70,000years 1014years 1019years $500 hours 37years 7000 years 1013years 1018years $5000 21 minutes 4 days 700 years 1012years 1017years $50K 2 minutes 9 hours 70 years 1011years 1016years $500K 13 seconds 1 hour 7 years 1010years 1015years $5000K 1 seconds 245 days 109 years 1014years $50M .1 seconds 32seconds 24 days 108 years 1013years $500M .01 seconds 3seconds days 107 years 1012years $5000M 1milliseconds .3seconds 6 hours 106 years 1011years 表 2020 年保守 估算計算 能力破譯密鑰的花費 改進算法與 3DES 算法的比較 3DES 算法是 DES 的改進算法中最出名的一種。已經(jīng)有 10 幾年 歷史。 3DES算法存在 3 種密鑰模式，其第二種模式， 2 個密鑰的 3DES 算法與本文的改進算法，密鑰長度同樣延長到了 112 位，第一種模式 3 個密鑰的 3DES 算法，其密鑰延邊大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 23 長度更是達到了 168 位，而第 3 種模式只有一個密鑰，其實是對 DES 算法的兼容模式，就第一種模式而言， 3DES 算法的安全性比本文的兩種改進算法都要高，第二種模式，安全性與本文的兩種算法一樣，綜合考慮， 3DES 算法的安全性要高于本文的兩種改進算法。就效率而言， 3DES 算法特點決定了，其運算效率會比 DES 慢很多，而本文的兩種改進算法的效率和 DES 算法是相近的 ，所以，本文的兩種改進算法的加密效率是要比 3DES 高的。 延邊大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 24 第五章 與 DES、 3DES 算法的效率實驗 10K 文件 100K 文件 1000K 文件 DES（ ms） 84,83,88,95,82 352,343,347,357,367 294 282 299 284 2922 DESnew1（ ms） 67,71,83,83,80 296,282,293,291,284 233 23 239 230 2288 DESnew2(ms) 64,75,75,66,71 266,297,286,262,289 218 2180、 214 22 2345 3DES(ms) 106,113,119,120,107 534,615,693,640,642 503 490 492 511 5164 表 算法效率對比 將得到的 5 個數(shù)據(jù)取平均值后，根據(jù)表格得出如下柱狀圖： 圖 算法效率對比 實驗結(jié)論：事實證明 DES 算法的兩種改進算法，在運行的效率上看，明顯優(yōu)于3DES 算法，而且也略優(yōu)于 DES 算法 。 從數(shù)據(jù)的分析上可以看出兩種改進算法 DESnew1和 DESnew2在算法效率上略優(yōu)于原版的 DES 算法，但是相差不是很大， DESnew2 的效率則與 DESnew1 的效率 有細微的差別，再來看與 3DES 的比較，數(shù)據(jù)中可以看出， 3DES 算法的執(zhí)行效率和 DESnew1， DESnew2 以及 DES 算法都有較大的差距，差距接近有一倍左右，再結(jié)合上安全性的考慮， 3DES 雖然安全性有提高（不考慮有特殊破解方法的情 況下 3DES 密鑰位有 168，考慮中間相遇攻擊的話，目前為止， DESnew1 和 DESnew2的安全性是和 3DES 一樣的，密鑰長度都可看做 112 位），但是同時 3DES 的效率也被大大的降低，所以這次所改進的 DESnew1 和 DESnew2 是具有實用性的。 延邊大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 25 結(jié)論 本課題在 DES 算法的基礎(chǔ)上，提出了兩種可以延長 DES 加密算法密鑰長度的方法，這兩種方法雖然在安全性方面并沒有 3DES 那么高，但是效率卻比 3DES算法高很多 ，安全性比 DES 高，而且現(xiàn)階段而言還是可靠的。 此次對 DES 算法進行的改進還有很多不足的地方，首先一點 就是安全性并沒有提高太多，還有一點就是還不知道本次改進后的算法被破解的難度到底為多少，暫時也沒有找到漏洞 。這是以后需要繼續(xù)努力的地方，繼續(xù)改造 DES 算法，使它變得更加安全同時又不失效率。 延邊大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 26 參考文獻 [1] William Stallings 著 , 密碼學與網(wǎng)絡(luò)安全 原理與實踐（第五版） 電子工業(yè)出版社 (p54p61) [2] 周建欽．何凌云 ,DES 加密算法的密鑰擴展 ,20203 [3] 蒙皓兵，路曉亞 ,DES 算法分析 ,20206 [4] Burton S. Kaliski , Ronald L. Rivest , Alan T. Sherman , Is the Data Encryption Standard a group? (Results of cycling experiments on DES) [5] Diaa Salama Abd Elminaam , Hatem Mohamed Abdual Kader , Mohiy Mohamed Hadhoud, Evaluating The Performance of Symmetric Encryption Algorithms [6] Charles Connell , ANALYSIS OF NEWDES: A MODIFIED VERSION OF DES [7] Christo Paar Jan Pelzl 深入淺出密碼學 —— 常用加密技術(shù)原理與應(yīng)（第三章） [8] FIPS 81 DES 的工作模式 . . [20200602]. [9] 胡美燕 ， 劉然慧 , DES 算法安全性的分析與研究 , 202011。 [10] 鐘普查 鮑皖蘇 ,三重 DES 的量子中間相遇搜索算法 ,20203 [11] From Wikipedia ,Meetinthemiddle attack [12] 梁棟 , java 加密與解密藝術(shù) 機械工業(yè)出版社 （ p214p228） 延邊大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書 27 謝 辭 本篇論文能最終完成， 其中凝聚了很多的汗水，從程序?qū)崿F(xiàn)再到論文的創(chuàng)作，期間得到了很多人的幫助，首先我要感謝的是我的導師李永珍副教授，是他的細心教導才讓我具備了能夠完成這篇論文的基礎(chǔ)知識并且 將我?guī)肓藬?shù)據(jù)加密領(lǐng)域的大門，李老師獨特的人格魅力以及對學術(shù)的熱情，也是我深深的喜歡上了這個研究方向。 同時還要感謝實驗室的王 靖 雅等學長學姐 幫助，他們對學習的熱情深深的影響著我，也讓我學會了很多有用的東西。也感謝我的朋友們，給我?guī)砹撕芏嗫鞓?，給了我很多幫助。 最后，衷心地感謝各位評委老師在百忙之中抽出時間評閱我的論文 。