【密码学】DES算法

一、DES算法介绍:

DES(Data Encryption Standard)算法是一种对称密钥加密,由美国国家安全局(NSA)设计并于1977年被采纳为联邦信息处理标准(FIPS)。密钥长度为64位,其中56位参与运算,其余8位为校验位。

DES算法是一种分组密码,每次处理64位的数据块。它通过对数据进行一系列的置换、替换和密钥异或操作来实现加密。这些操作包括初始置换16轮的Feistel函数处理最终置换。每一轮Feistel函数都涉及到一个子密钥,这些子密钥是从原始密钥中派生出来的。

二、DES算法加密流程:

  1. 初始置换(Initial Permutation,IP)

    • 将输入的64位明文数据块按照固定的置换表进行置换,得到一个新的64位数据块,分为L0和R0两部分,每部分32位。
  2. 密钥生成(Key Schedule)

    • 从64位密钥中生成16个轮密钥,每个轮密钥48位。这个过程涉及到密钥置换和循环左移。
  3. 16轮迭代(16 Rounds)

    • 将L0和R0送入第一轮迭代,之后每轮迭代分为两个部分:
      • 扩展置换(Expansion):将32位的右半部分(Rn)扩展到48位。
      • 与轮密钥异或(XOR with Subkey):将扩展后的数据与相应的轮密钥进行异或操作。
      • S盒替换(Substitution,S-boxes):将异或后的结果分成8组,每组6位,分别经过8个S盒进行非线性替换,得到32位的数据。
      • P盒置换(Permutation,P-box):将S盒输出的32位数据进行P盒置换,得到32位的数据。
      • 与左半部分异或(XOR with Left Half):将P盒置换后的结果与左半部分(Ln)进行异或操作,得到新的右半部分(Rn+1)和左半部分(Ln+1)。
    • 这样,每轮迭代结束后,左半部分和右半部分的数据会交换,直到完成16轮迭代。
  4. 逆初始置换(Final Permutation,IP^-1)

    • 将16轮迭代后得到的最终数据块进行逆初始置换,恢复到原始的64位数据块格式,得到密文。

整个DES算法的加密过程是可逆的,因此解密过程与加密过程相似,只是轮密钥的应用顺序相反。

分组密码算法 密钥长度 分组长度
DES 56bit 64bit
2Key-3DES 112bit 64bit
3Key-3DES 168bit 64bit
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