【正文】 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 S3 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 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 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 5 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 S6 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 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 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 S盒的置換規(guī)則為： 取 {0， 1，?， 15}上的 4個置換，即它的 4個排列排成 4行，得一 4*16矩陣。 S盒是 DES 算法中唯一的非線性部件，當然也就是整個算法的安全性所在。每個 S盒有 6個輸入， 4個輸出，將 B依次分為 8組，每組 6位，記 B= B1B2B3B4B5B6B7B8其中 Bj作為第 j個 S盒的輸入，其輸出為 Cj，C= C1C2C3C4C5C6C7C8就是代換 S的輸出，所以代換 S是一個 48位輸入， 32位輸出的選擇壓縮運算，將結果 C再實行一個置換 P（表 4），即得 F(R,K)。 圖 F函數(shù)計算過程圖 將 R經過一個擴展運算 E變?yōu)?48位，記為 E（ R）。 表 擴展 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 9 28 29 30 31 32 1 ki是由 64比特的初始密鑰（亦稱種子密鑰）導出的第 i輪子密 鑰， ki是 48比特 DES算法的關鍵是 f(Ri1,ki)的功能，其中的重點又在 S盒（ Substitution Boxes）上。擴展后的 48比特再 與子密鑰 Ki異或，然后再通過一個 S盒，產生 32 比特的輸出。其中輪密鑰 Ki為 48比特，函數(shù) F(R,K)的計算過程如圖 。 8 DES算法的迭代過程 圖 DES算法的迭代過程圖 圖中 Li1 和 Ri1分別是第 i1 次迭代結果的左右兩部分，各 32比特。 逆置換規(guī)則如下表所示： 表 IP1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 初始置換 IP 及其逆置換 IP1并沒有密碼學意義，因為置換前后的一一對應關系是已知的。 IP1是 IP的逆置換 由于第 1位經過初始置換后，已處于第 40位。 IP（ m） . 下面是完全 16輪 DES算法框圖： 圖 完全 16輪 DES算法 7 初始置換 IP 初始置換是將輸入的 64位明文分為 8個數(shù)組，每一組包括 8位，按 1至 64編號。 T15? T2 在后面的介紹中可以看到 k8,k16,k24,k32,k40,k48,k56,k64實際上 是不起作用的。 它的缺點就在于密鑰太短。每 64 位明文加密成 64位密文，沒有數(shù)據(jù)壓縮和擴展，密鑰長度為 56比特，若輸入 64比特，則第 8， 16，24， 32， 40， 48， 56， 64為奇偶校驗位，所以，實際密鑰只有 56位。但 是作為一種 Feistel加密算法的例子仍然有討論的價值。 6 DES 加密標準 現(xiàn)如今，依靠 Inter的分布式計算能力，用窮舉密鑰搜索攻擊方法破譯已成為可能。 DES確實輝煌過，它的弱點在于專家們一開始就指出的，即密鑰太短。 早在 DES提出不久，就有人提出造一專用的裝置來對付 DES，其基本 思想無非是借用硬件設備來實現(xiàn)對所有的密鑰進行遍歷搜索。不管是差分攻擊還是線性攻擊法，對于 DES的安全性也僅僅只做到了“質疑”的地步，并未從根本上破解 DES。嚴格地說 Shamir的“差分分析法”也只是理論上的價值。因而 DES超期服役到 2021年。DES是分組密碼的典型代表，也是第一個被公布出來的標準算法。它是由 IBM公司在 1971年設計出的一個加密算法，美國國家標準局（ NBS）于 1977年公布把它作為非機要部門使用的數(shù)據(jù)加密標準 [5]。但是隨著密碼分析技術的發(fā)展，使得對于具有更多輪的分組密碼的破譯成為可能。 SP網(wǎng)絡可以更快速的擴散，不過 SP 網(wǎng)絡的加解密通常不相似。 Feistel 網(wǎng)絡（又稱 Feistel結構）可把任何輪函數(shù)轉化為一個置換，它是由 Horst Feistel在設計 Lucifer分組密碼時發(fā)明的，并因 DES的使用而流行，“加解密相似”是 Feistel型密碼的實現(xiàn)優(yōu)點。 4 分組密碼的總體結構 分組密碼采用兩種類型的總體結構： SP網(wǎng)絡與 Feistel網(wǎng)絡，它們的主要區(qū)別在于：SP結構每輪改變整個數(shù)據(jù)分組，而 Feistel密碼每輪只改變輸入分組的一半。 DES和今天的大多數(shù)分組密碼都是迭代分組密碼。一個增加密 碼強度的顯然的方法是合并代替和移位密碼，這樣的密碼稱為乘積密碼。 分組密碼又分為三類：代替密碼（ Substitution）、移位密碼（ Transposition）和乘積密碼。此后，由于輸入加密器的明文可能影響加密器中內部記憶元件的存儲狀態(tài)，因而 σi(i0) 可能依賴于 k， σ0 ，x0， x1， ? ， xi1等參數(shù)。它們的區(qū)別就在于有無記憶性（如圖 ）。加密后輸出等長密文組 （ y1 ,? ,ym ），（ y 1?m ,? ,ym2 ） ,? 分組密碼的模型，如圖 。密鑰流由密鑰流發(fā)生器 f產生： zi=f(k,σi) ， 這里 σi 是加密器中的記憶元件（存儲器）在時刻 i的狀態(tài)， f是由密鑰 k和 σi 產生的函數(shù)。傳統(tǒng)密碼系統(tǒng)廣泛地用在今天的世界上，有兩種單鑰密碼體制：流密碼和分組密碼。在單鑰密碼系統(tǒng)中，明文的加密和密文的解密是用同樣的密鑰。解密是我們將密文轉換成能夠直接閱讀的文字（即明文）的過程稱為解密，它是加密的反向處理，但解密者必須利用相同類型的加密設備和密鑰對密文進行解密。 2 第二章 概 述 加密與解密 加密技術是基于密碼學原理來實現(xiàn)計算機、 網(wǎng)絡乃至一切信息系統(tǒng)安全的理論與技術基礎。 在密碼學的發(fā)展過程中， DES算法起了非常重要的作用。 1977年 1月，美國政府頒布：采用IBM公司 1971年設計出的一個加密算法作為非機密數(shù)據(jù)的正式數(shù)據(jù)加密標準（ DES : Data Encryption Standard）。 美國國家標準局（ NBS） 1973年開始研究除國防部外的其它部門的計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)加密標準，并批準用于非機密單位及商業(yè)上的保密通信。 1976年， Diffie和 Hellman發(fā)表了論文《密碼學的新方向》，提出了公鑰密碼體制的新思想，這一思想引發(fā)了科技界對研究密碼學的極大興趣，大量密碼學論文開始公開發(fā)表，改變了過去只是少數(shù)人關起門來研究密碼學的狀況。它的理論基礎之一應該首推 1949年Shannon的一篇文章“保密系統(tǒng)的通信理論”，該文章用信息論的觀點對信息保密問題作了全面的闡述。有效是指密碼能做到使信息不被非法竊取，不被篡改或破壞，可行是說它需要付出的代價是可以接受的。因此人們十分關心在網(wǎng)絡上交換信息的安全性。（現(xiàn)代電子商務也是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎的。如何保護信息的安全（即密碼學的應用）已不再局限于軍事、政治和外交，而是擴大到商務、金融和社會的各個領域。但成為一門學科則是近 20年來受計算機科學蓬勃發(fā)展的刺激結果。DES 算法具有較高的安全性，為我們進行一般的計算機數(shù)據(jù)傳輸活動提供了安全保障。 摘 要 DES 數(shù)據(jù)加密算法是使用最廣的分組加密算法，它作為最著名的保密密鑰或對稱密鑰加密算法，在計算機密碼學及計算機數(shù)據(jù)通信的發(fā)展過程中起了重要作用。本次學年論文是主要是學習介紹 DES 對稱密鑰數(shù)據(jù)加密算法，并用 c++實現(xiàn)。 關鍵詞 ： 加密與解密， DES 算法， S盒 II 目 錄 摘 要 .............................................................................................................................. I 目 錄 ............................................................................................................................. II 第一章 引 言 ................................................................................................................. 1 第二章 概 述 ............................................................................................................ 2 加密與解密 ...................................................................................................... 2 單鑰密碼系統(tǒng) ................................................................................................... 2 ......................................................................................... 4 ............................................................................................. 4 第三章 DES算法簡介 ...................