【導(dǎo)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(zhǎng)度進(jìn)行了擴(kuò)展。使DES的安全性得到了增強(qiáng)，同時(shí)相較于DES算法的改進(jìn)算法。3DES算法，效率上會(huì)比3DES高，安全性上也不會(huì)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 第四章 兩種改進(jìn)方法的算法分析及與 3DES 的比較 兩種改進(jìn)的算法分析 兩種改進(jìn)算法 思想相近，只是用兩種不同的實(shí)現(xiàn)方式 來(lái)達(dá)到同樣的改進(jìn)效果，所以在做算法分析的時(shí)候?qū)煞N算法合并起來(lái)一起考慮，下面對(duì)兩種改進(jìn)算法的算法效率和算法安全性來(lái)做一下分析。 算法效率 算法效率是指算法執(zhí)行的時(shí)間，算法執(zhí)行時(shí)間需通過(guò)依據(jù)該算法編制的程序在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)所消耗的時(shí)間來(lái)度量。 一個(gè)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(gè) 改進(jìn)算法 就算法的理論上分析可以看出，這兩個(gè)算法的執(zhí)行效率會(huì)與 DES 算法本身的效率相近，改進(jìn)算法中，雖然改進(jìn)算法加密一次需要進(jìn)行兩次 DES 加密，但是改進(jìn)的加密算法在讀取的時(shí)候是讀取的 128 位的數(shù)據(jù)流，相對(duì)于 DES 一次讀取 64 的數(shù)據(jù)流來(lái)看，改進(jìn) 的加密算法與 DES 加密算法對(duì)同一塊明文進(jìn)行加密時(shí)都只進(jìn)行了一次加密，所以理論上，改進(jìn)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(jìn)后的加密算法，由于兩個(gè)密鑰在加密的過(guò)程中進(jìn)行了交互，使得最后得到的密文同時(shí)受到了兩個(gè)密鑰的影響，同時(shí)這個(gè)影響的結(jié)果不存在一個(gè)密鑰會(huì)使得密文產(chǎn)生相同的結(jié)果，所以這兩個(gè)密鑰的長(zhǎng)度可以單純的相加在一起形成一個(gè)新的密鑰，即改進(jìn)算法的密鑰長(zhǎng)度為 112 位，相對(duì)于原 DES 算法 的 56 位來(lái)說(shuō)，密鑰的長(zhǎng)度被延長(zhǎng)了一倍，這種密鑰長(zhǎng)度在現(xiàn)在還是安全的。而 且這兩種改進(jìn)算法可以防止中間相遇攻擊。 用來(lái)衡量安全性最簡(jiǎn)單的最直接的一個(gè)參照是破譯所用的代價(jià)，在現(xiàn)實(shí)世界延邊大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 中，衡量一個(gè)算法是否安全，破譯的代價(jià)是最重要的一個(gè)參照，因?yàn)槠谱g密鑰無(wú)非是想從中獲取利益，而當(dāng)破譯的代價(jià)遠(yuǎn)高出破譯后所獲得的利益時(shí)，那么這個(gè)算法的 安全性也可以說(shuō)是有保障的，按照現(xiàn)在所擁有的計(jì)算能力，以及獲得這些計(jì)算能力（表 ）所需要花費(fèi)的金錢(qián)來(lái)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(gè)人電腦安裝破譯軟件后很簡(jiǎn)單的就能破譯出明文，而本次經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，密鑰的長(zhǎng)度變?yōu)榱?112 位，從表中可以看出，破譯所需的花費(fèi)已經(jīng)時(shí)間上考慮，代價(jià)是相當(dāng)大的，可以認(rèn)為破譯是沒(méi)有性價(jià)比的，所以這次的算法改進(jìn)是有意義的。（當(dāng)然這只是單純的考慮計(jì)算能力，密鑰破譯也是很考慮技巧性的） 花費(fèi) 密鑰長(zhǎng)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(jì)算 能力破譯密鑰的花費(fèi) 改進(jìn)算法與 3DES 算法的比較 3DES 算法是 DES 的改進(jìn)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(gè)密鑰的 3DES 算法與本文的改進(jìn)算法，密鑰長(zhǎng)度同樣延長(zhǎng)到了 112 位，第一種模式 3 個(gè)密鑰的 3DES 算法，其密鑰延邊大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 長(zhǎng)度更是達(dá)到了 168 位，而第 3 種模式只有一個(gè)密鑰，其實(shí)是對(duì) 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(jìn)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(jìn)算法。就效率而言， 3DES 算法特點(diǎn)決定了，其運(yùn)算效率會(huì)比 DES 慢很多，而本文的兩種改進(jìn)算法的效率和 DES 算法是相近的 ，所以，本文的兩種改進(jìn)算法的加密效率是要比 3DES 高的。 延邊大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 第五章 與 DES、 3DES 算法的效率實(shí)驗(yàn) 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(duì)比 將得到的 5 個(gè)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(duì)比 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：事實(shí)證明 DES 算法的兩種改進(jìn)算法，在運(yùn)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(jìn)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(xì)微的差別，再來(lái)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(zhǎng)度都可看做 112 位），但是同時(shí) 3DES 的效率也被大大的降低，所以這次所改進(jìn)的 DESnew1 和 DESnew2 是具有實(shí)用性的。 延邊大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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(zhǎng) DES 加密算法密鑰長(zhǎng)度的方法，這兩種方法雖然在安全性方面并沒(méi)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(duì) DES 算法進(jìn)行的改進(jìn)還有很多不足的地方，首先一點(diǎn) 就是安全性并沒(méi)有提高太多，還有一點(diǎn)就是還不知道本次改進(jìn)后的算法被破解的難度到底為多少，暫時(shí)也沒(méi)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(shí)又不失效率。 延邊大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 26 參考文獻(xiàn) [1] William Stallings 著 , 密碼學(xué)與網(wǎng)絡(luò)安全 原理與實(shí)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(kuò)展 ,20203 [3] 蒙皓兵，路曉亞 ,DES 算法分析 ,20206 [4] Burton S. 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