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DES加密[编辑]


概述
DES(Data Encryption Standard)是美国国家标准局于1976年公布的加密标准,属于对称加密算法。,被ISO接受为国际标准,现在广泛应用于电子资金转账系统、电子商务等领域。

一、DES算法的历史  

      美国国家标准局1973年开始研究除国防部外的其它部门的计算机系统的数据加密标准,于1973年

5月15日和1974年8月27日先后两次向公众发出了征求加密算法的公告。加密算法要达到的目的(通

常称为DES 密码算法要求)


 算法要求主要为以下四点:

1、提供高质量的数据保护,防止数据未经授权的泄露和未被察觉的修改; 

2、具有相当高的复杂性,使得破译的开销超过可能获得的利益,同时又要便于理解和掌握;

3、DES密码体制的安全性应该不依赖于算法的保密,其安全性仅以加密密钥的保密为基础;

4、实现经济,运行有效,并且适用于多种完全不同的应用。


二、DES算法的应用  

目前在国内,随着三金工程尤其是金卡工程的启动,DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡(IC

卡)、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用,以此来实现关键数据的保密,如信用卡持卡人的

PIN的加密传输,IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等,均用到DES算法。

 

三、DES算法的原理

DES算法的入口参数有三个:Key、Data、Mode。 Key为8个字节共64位,是DES算法的工作密

钥; Data也为8个字节64位,是要被加密或被解密的数据; Mode为DES的工作方式,有两种:加

密或解密。

为了网络上信息传输的安全(防止第三方窃取信息看到明文),发送发和接收方分别进行加密和解

密,这样信息在网络上传输的时候就是相对安全的


四、DES的加密类别

发送方和接收方进行加密和解密的算法从密钥上可以分为两类

1:对称加密技术 加密系统的加密密钥和解密密钥相同,或者虽然不同,但是可以轻松的从一个密钥推导出另外的一个密钥。

2:非对称加密技术,与对称加密技术相反DES属于第一种对称加密技术


五、DES算法的工作原理:

如Mode为加密,则用Key 去把数据Data进行加密, 生成Data的密码形式(64位)作为DES的输出结果;如Mode为解密,则用Key去把密码形式的数据Data解密,还原为Data的明码形式(64位)作为DES的输出结果。在通信网络的两端,双方约定一致的Key,在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密,然后以密码形式在公共通信网(如电话网)中传输到通信网络的终点,数据到达目的地后,用同样的Key对密码数据进行解密,便再现了明码形式的核心数据。这样,便保证了核心数据(如PIN、MAC等)在公共通信网中传输的安全性和可靠性。   通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key,便能更进一步提高数据的保密性,这正是现在金融交易网络的流行做法。   DES算法详述   DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块,它所使用的密钥也是64位,整个算法的主流程图如下: 其功能是把输入的64位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,其置换规则见下表: 58,50,12,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,   62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,   57,49,41,33,25,17, 9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,   61,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7,   即将输入的第58位换到第一位,第50位换到第2位,...,依此类推,最后一位是原来的第7位。L0、R0则是换位输出后的两部分,L0是输出的左32位,R0 是右32位,例:设置换前的输入值为D1D2D3......D64,则经过初始置换后的结果为:L0=D58D50...D8;R0=D57D49...D7。   经过16次迭代运算后。得到L16、R16,将此作为输入,进行逆置换,即得到密文输出。逆置换正好是初始置的逆运算,例如,第1位经过初始置换后,处于第40位,而通过逆置换,又将第40位换回到第1位,其逆置换规则如下表所示:   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, 放大换位表   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,   22,23,24,25,24,25,26,27,28,29,28,29,30,31,32, 1, 单纯换位表   16,7,20,21,29,12,28,17, 1,15,23,26, 5,18,31,10,   2,8,24,14,32,27, 3, 9,19,13,30, 6,22,11, 4,25,   在f(Ri,Ki)算法描述图中,S1,S2...S8为选择函数,其功能是把6bit数据变为4bit数据。下面给出选择函数Si(i=1,2......的功能表: 选择函数Si S1:   14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7,   0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8,   4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0,   15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13, S2:   15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10,   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,   4,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,14,   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, 在此以S1为例说明其功能,我们可以看到:在S1中,共有4行数据,命名为0,1、2、3行;每行有16列,命名为0、1、2、3,......,14、15列。   现设输入为: D=D1D2D3D4D5D6 令:列=D2D3D4D5   行=D1D6   然后在S1表中查得对应的数,以4位二进制表示,此即为选择函数S1的输出。下面给出子密钥Ki(48bit)的生成算法   从子密钥Ki的生成算法描述图中我们可以看到:初始Key值为64位,但DES算法规定,其中第8、16、......64位是奇偶校验位,不参与DES运算。故Key 实际可用位数便只有56位。即:经过缩小选择换位表1的变换后,Key 的位数由64 位变成了56位,此56位分为C0、D0两部分,各28位,然后分别进行第1次循环左移,得到C1、D1,将C1(28位)、D1(28位)合并得到56位,再经过缩小选择换位2,从而便得到了密钥K0(48位)。依此类推,便可得到K1、K2、......、K15,不过需要注意的是,16次循环左移对应的左移位数要依据下述规则进行: 循环左移位数 1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1   以上介绍了DES算法的加密过程。DES算法的解密过程是一样的,区别仅仅在于第一次迭代时用子密钥K15,第二次K14、......,最后一次用K0,算法本身并没有任何变化。


六、DES的破解
PostScript:
DES 被证明是可以破解的,明文+密钥=密文,这个公式只要知道任何两个,就可以推导出第三个

在已经知道明文和对应密文的情况下,通过穷举和暴力破解是可以破解DES的。


参考资料: 《电子商务概论》
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创建者: 陈炳填

最近更新:2017/11/29 12:44:53

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