DES算法

DES算法简介

  • DES是一种明文分组为64比特，有效密钥56比特，输出密文64比特的，具有16轮迭代的Feistel密码算法。
  • DES由初始置换，16轮迭代，初始逆置换组成。

算法加密流程描述

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  1. 输入64位明文，进行初始置换IP
  2. 将明文分成左右两部分，为L0，R0，各32位
  3. 在密钥的控制下，进行16次运算
  4. 运算结束将左右交换，连接在一起再进行逆置换
  5. 最后输出64位密文

算法流程

初始置换

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  • 将输入的明文按照上表进行置换
  • 例如，输出块的第1位对应输入块的第58位，第2位对应第50位，依次类推
  • 则输入块是D1~D64，输出块是D58，D50，D42，……，D15，D7；
  • 然后将输出块左右分成L0和R0

加密16轮迭代

密钥置换

  • 密钥共有64位，16轮迭代后为48为子密钥
  1. 将密钥的奇偶位忽略不计（就是每个字节的第八位），64位变为56位，根本选择置换PC-1将56位的密钥分成左C0（28位），右D0（28位），表中第8、16、24、…、64位被忽略
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  2. 根据轮数，将Cn，Dn进行左移
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  • 比如C0和D0进行第一次左移，根据表格，是左移一位，得到以下
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    C1
    49,41,33,25,17,9,1,  
    58,50,42,34,26,18,10,  
    2,59,51,43,35,27,19,  
    11,3,60,52,44,36,57
    D1
    55,47,39,31,23,15,7,  
    62,54,46,38,30,22,14,  
    6,61,53,45,37,29,21,  
    13,5,28,20,12,4,63
  1. 然后C1和D1合并，经过置换选择表2（PC-2），生成48位的子密钥，表格如下
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  2. 此后每次都进行拆分，然后左移，再合并，然后经过PC-2生成子密钥K
  3. 依次类推，得到K1~K16

扩展置换E

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  • 根据以上表格，将32位扩展为48位
  • 中间为原本的32位，两边位扩展的位，总共48位

S-盒代替

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  1. Rn经过扩展，为48位，与48位的Kn进行异或运算，得到48位输出块，为8个6bit的串，分别为B1~B8
  2. 根据上表，对应S1~S8，进行代替操作，这一步是将6bit的串，前后各一位对应纵列，中间四位对应行，例如110010以S1为例，在行当中找到1001对应的十六进制9，在列当中找到10对应的十六进制2，对应十六进制12，则输出为1100

P-盒置换

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  1. S-盒代替之后，每盒有4位，共八盒，就是32位，作为P-盒的输入块
  2. 根据上表，对Rn进行置换，得到的串与左部分Ln进行异或运算，得到的串赋值给R(n+1)
  3. R(n)直接赋值给L(n+1)
  4. 然后再进行下一次迭代

逆置换

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  • 以上的迭代算法成为函数f
  • 进行完16次迭代，得到L16和R16，然后将LR调换，最后合并为64位的输出块，进行逆置换
  • 逆置换根据上表，对应的位进行置换，逆置换是初始置换的逆运算，就是说初始置换输出的第1位是原始输入的第58位，第2位是第50位，而逆置换输出的第58位是输入的第1位，输出的第50位是输入的第2位
  • 最后得到的64位输出块，则是DES加密的最终密文