【密码学】DES算法

都适、隶仁ミ2024-12-14 20:52

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函数处理和最终置换。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。

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。
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。
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。
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。