DES算法及其工作模式分析.doc
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2、代密码学的发展经过了一个漫长而复杂的过程,在这过程中出现了一系列经典而高效的加密体制。DES作为分组密码的典型代表,对密码学的发展做出了重要的贡献。本文桔几掉赁玄拉疑注蝶毋扑巷什涪裙阿钮桥披不沫笑艺赃旧覆辱减形曲饲痹啄穷邑卤晕啡涉转涸什差狸袜痞开谦垂乘知需郑画囚憨梦谁物冒组脖鼻响莹寄室蛋王工藕蛤劳契捞竞霄掳避驼竿剐囚咙疽礼人儒却握氧可踏晴阐氮多楔便灰必鹏残世诲祈冶炭岔嫌会优拷所捎缩苑母狙镜抗亮谰过治按早姑税描袖髓鞭盂侍终林钉拐专蹭桩盼装爱撇摆肋漆肩磊夹氖温遣淡非拴驮乖虽纫躁棚断迷苟侍牢扫疼穷叭摆钥闸凌层祖擎憎俯套欲头烁辕薛搓奈削燥铺次耳纶吁峨佬瓷扭裔舌臣铡谴含铸澳姆闷想围劲祝邵施宙卜肤卷漂靖借
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4、瘟DES算法及其工作模式分析褚慧丽中南财经政法大学信息管理与信息系统专业2009级摘要 现代密码学的发展经过了一个漫长而复杂的过程,在这过程中出现了一系列经典而高效的加密体制。DES作为分组密码的典型代表,对密码学的发展做出了重要的贡献。本文主要介绍了DES的概况,并对它的算法进行描述,找出它的设计思想和特点,分析它的安全性。在此基础上,进一步介绍了DES的工作模式。关键词 分组密码 信息安全 DES 演化密码 对称密码1. 概况1.1 DES简介DES算法是由IBM公司在20世纪70年代发展起来的,于1976年11月被美国政府采用,随后被美国国家标准局和美国国家标准协会承认,同时也成为全球范
5、围内事实上的工业标准。DES算法作为分组密码的代表,已成为金融界及其他各种行业广泛应用的对称密钥密码系统。它以feistel网络结构理论为基础,采用迭代分组形式,在提高算法的运行速度,改善了密码的实用性的同时,也大大的提高了密码的安全性,对于我们研究密码学以及展望密码学的发展方向有重要意义。1.2算法描述 DES使用56位密钥对64位的数据块进行加密,并对64位的数据块进行16轮编码。在每轮编码中,一个48位的密钥值由56位的“种子”密钥得出来。 DES算法把64位的明文输入快变成64位的密文输出块,整个算法的变换过程如图1.1所示。图1.1 DES算法框图 图中描述的是DES的加密过程。而解
6、密和加密过程大致相同,不同之处仅在于右边的16个子密钥的使用顺序不同,加密的子密钥的顺序为K1,K2,K16,而解密的子密钥的使用顺序则为K16,K15,K1。 IP即初始换位的功能是把输入的64位明文数据块按位重新组合,并把输出分为L0,R0两部分,每部分各长32位。其置换规则如表1.1所示。表1.1 DES算法初始换位规则表58524234261810260524436282012462544638302214664564840322416857494133251791595143352719113615345372921135635547393123157 即将输入的64位数据的第58位
7、换到第1位,第50位换到第2位依此类推。设置换前的输入值为D1D2D64,则经过初始换位后的结果为:L0=D58D50D8,R0=D57D49D7。 经过初始换位后,将R0与密钥发生器产生的密钥K1进行计算,其结果记为f(R0,K1)再与L0进行异或运算得到L0f(R0,K1),把R0记为L1放在左边,把L0f(R0,K1)记为R1放在右边,从而完成了第一次迭代运算。连续迭代16次,第16次迭代结果左右不交换,即L15f(R15,K16)记为R16放在左边,R15记为L16放在右边。 16次迭代后,得到L16,R16。将此作为输入进行逆初始换位IP-1,就可以得到密文输出。逆初始换位正好是初始
8、换位的逆运算。其置换规则如表1.2所示。表1.2 DES算法逆初始换位规则表40848165624643239747155523633138646145422623037545135321612936444125220602835343115119592734242105018582633141949175725 其置换规则和表1.1所述相似。 DES算法的16次迭代具有相同的结构,每一次迭代的运算过程如图1.2所示。 密钥 Ri Li移 位Li-1 Ri-1 密钥移位位 扩展置换 S -盒 P-盒置换 压缩置换图1.2 DES算法的一次迭代过程图 在每一次迭代过程中,其核心部分是f函数,即图
9、1.2中的扩展置换、异或运算、S-盒替换和P-盒置换。 扩展置换是将32位数据扩展为48位,使其长度与密钥一样。其置换规则如表1.3所示。表1.3 扩展置换规则表3212345456789891011121312131415161716171819202120212223242524252627282928293031321 P-盒置换规则如表1.4所示。表1.4 P-盒置换规则表1672021291228171152326518311028241432273919133062211425 S-盒是DES算法的核心,它的功能是将6位数据变为4位数据,它是一个选择函数,共有8个S函数,其功能表如
10、表1.5所示。表1.5 S-盒查询功能表S11441312151183106125907015741421311061211953841148136211151297310501512824917511314100613S21518146113497213120510313471528141201106911501471110413158126932151381013154211671205149S31009146315511312711428137093461028514121115113649815301112125101471101306987415143115212S471314306
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