《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)技術(shù)（第二版）》 課件 第3章-任務(wù)3.1.2 探究DES加密技術(shù)

第3章數(shù)據(jù)加密技術(shù)3.1.2DES加密技術(shù)編著：

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3.1.2DES加密技術(shù)

DES（DataEncryptionStandard，數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)）算法，是由IBM公司為非機(jī)密數(shù)據(jù)加密所設(shè)計的方案，1977年被美國政府采納，后被國際標(biāo)準(zhǔn)局采納為國際標(biāo)準(zhǔn)。DES算法是一種對稱加密算法，輸入的明文被分成64位的塊；密鑰長度是64位，其中56位為有效位，8位用于奇偶校驗。加密大致分為初始排列、16輪加密和翻轉(zhuǎn)初始排列等三個過程。

如圖3-1-1所示，整個算法的主流程圖如下：圖3-1-1des算法流程圖DES加密的大致過程如下：將64位的明文經(jīng)初始排列打亂順序，得到左邊32位L0和右邊32位R0兩部分；經(jīng)過第一輪加密后，變成左邊L1和右邊R1；經(jīng)過第二輪加密后，變成左邊L2和右邊R2；……如此循環(huán)，總共經(jīng)過十六個不同子密鑰的16輪加密，得到左邊L16和右邊R16，將左右合并、翻轉(zhuǎn)初始排列后，最終得到64位密文。1．將64位的明文順序打亂，生成32位的左邊L0、32位的右邊R0兩部分；2.第一輪加密：1）新的左邊L1，直接取自原來的右邊R0；2）新的右邊R1，由原來的右邊R0、第一輪的子密鑰、原來的左邊L0，經(jīng)過加密運算，而生成。3.第二~第十六輪加密，與第一輪加密類似。4.翻轉(zhuǎn)初始排列。

下面以密鑰為OVERSEAS，明文為FOOTBALL為例，解釋DES的加密過程：一、通過查詢ASCII碼表，將明文和密鑰轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制。表3-3是節(jié)選的ASCII碼表。表3-4是二進(jìn)制與十六進(jìn)制的對應(yīng)關(guān)系表。八進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制字符1004064@1014165A1024266B1034367C1044468D1054569E1064670F1074771G1104872H1114973I1124a74J1134b75K1144c76L1154d77M1164e78N1174f79O1205080P1215181Q1225282R1235383S1245484T1255585U1265686V1275787W1305888X1315989Y1325a90Z表3-3ASCII碼表（節(jié)選）

如：通過查詢ASCII碼表，得到字符’F’的ASCII碼的16進(jìn)制是:46，轉(zhuǎn)成二進(jìn)制是：01000110通過查表，可得：明文FOOTBALL的ASCII碼的二進(jìn)制是：0100011001001111010011110101010001000010010000010100110001001100密鑰OVERSEAS的ASCII碼的二進(jìn)制是：0100111101010110010001010101001001010011010001010100000101010011二進(jìn)制十六進(jìn)制000000001100102001130100401015011060111710008100191010A1011B1100C1101D1110E1111F表3-4二進(jìn)制與十六進(jìn)制的對應(yīng)關(guān)系表二、明文的處理

按置換規(guī)則表，打亂明文的順序，并平分為左邊32位的L0和右邊32位的R0。一）概述：1.將64位的明文順序打亂，并平分為左邊32位的L0和右邊32位的R0；2.把右邊32位R0賦值給下一輪左邊L1；3.把左邊32位的L0、右邊32位R0（擴(kuò)展成48位）、第一輪子密鑰進(jìn)行加密運算，生成下一輪的R1。4.相關(guān)表格：1）置換規(guī)則表:其功能是把輸入的64位數(shù)據(jù)塊按位重新組合，并把輸出分為L0、R0兩部分，每部分各長32位。表3-5所示的是置換規(guī)則表：表3-5置換規(guī)則表置換規(guī)則是將輸入的第58位換到第一位，第50位換到第2位，...，依此類推，輸入的第7位置換到最后一位。L0、R0則是換位輸出后的兩部分，L0是輸出的左32位，R0是右32位，例：設(shè)置換前的輸入值為D1D2D3......D64，則經(jīng)過初始置換后的結(jié)果為：L0=D58D50...D8；R0=D57D49...D7。585042342618102605244362820124625446383022146645648403224168574941332517915951433527191136153453729211356355473931231572）擴(kuò)展排列表：用于把右邊32位R0擴(kuò)展為48位。表3-6所示的是擴(kuò)展排列表：表3-6擴(kuò)展排列表3212345456789891011121312131415161716171819202120212223242524252627282928293031321二）詳細(xì)過程1.明文FOOTBALL的ASCII碼的二進(jìn)制是：0100011001001111010011110101010001000010010000010100110001001100表3-7是明文FOOTBALL的ASCII碼的二進(jìn)制。表3-8是在表3-7的基礎(chǔ)上，進(jìn)行編號。表3-7明文FOOTBALL的ASCII碼的二進(jìn)制0100011001001111010011110101010001000010010000010100110001001100表3-8為明文FOOTBALL的ASCII碼的二進(jìn)制編號序12345678910111213141516碼0100011001001111序17181920212223242526272829303132碼0100111101010100序33343536373839404142434445464748碼0100001001000001序49505152535455565758596061626364碼01001100010011002.表3-9是置換規(guī)則表，需將明文按置換規(guī)則表進(jìn)行初始變換。表3-10是明文經(jīng)過初始變換后，得到的結(jié)果。即：1111111100001000110011110010011000000000000000001100011000010111表3-9置換規(guī)則表58504234261810260524436282012462544638302214664564840322416857494133251791595143352719113615345372921135635547393123157表3-10初始變換后的結(jié)果11111111000010001100111100100110000000000000000011000110000101113.把經(jīng)過初始變換后的明文分成左32位和右32位，得到：L0（32）=11111111000010001100111100100110R0（32）=000000000000000011000110000101114.生成新的左邊L1。把R0(32)賦值給L1（32），即L1（32）=R0（32）=000000000000000011000110000101115.把R0（32）按擴(kuò)展排列表擴(kuò)展為48位。表3-11是擴(kuò)展排列表，表3-12是32位的R0按擴(kuò)展排列表擴(kuò)展成48位的結(jié)果。說明：新的右邊R1，由原來的右邊R0、原來的左邊L0、第一輪的子密鑰，經(jīng)過加密運算，而生成。為了進(jìn)行上述加密運算，要先將R0擴(kuò)展成48位。即：R0(48)=100000000000000000000001011000001100000010101110表3-11擴(kuò)展排列表3212345456789891011121312131415161716171819202120212223242524252627282928293031321表3-12R0擴(kuò)展為48位100000000000000000000001011000001100000010101110三、密鑰的處理分析：密鑰要對明文進(jìn)行16次加密處理1）明文：前面的明文打亂了順序，平分成了左邊32位，右邊32位；右邊32位擴(kuò)展成了48位的R0(48)；2）密鑰：一個密鑰將生成十六個子密鑰，十六個不同子密鑰的長度都是48位。3）加密：明文需經(jīng)過十六個不同子密鑰的十六輪加密，才能產(chǎn)生密文。第一輪加密產(chǎn)生新的左邊32位，新的右邊32位。其中，新的左邊32位，直接取自原來的右邊32位；新的右邊32位，由原來的右邊32位擴(kuò)展成48位與第一輪的子密鑰加密運算，再轉(zhuǎn)換成32位，再與原來的左邊32位，經(jīng)過加密運算，而生成。2.以生成第一輪48位的子密鑰為例1)把64位密鑰刪除8、16、24、32、40、48、56、64位，變成56位即，把8*8的表格，刪除最后一列。表3-13是將密鑰從64位變成56位的方法說明。得到64位的密鑰OVERSEAS的ASCII碼的二進(jìn)制：0100111101010110010001010101001001010011010001010100000101010011表3-14用于將64位的密鑰ASCII碼值代入，生成56位有效值。得到56位有效值：01001110101011010001001010010101001010001001000000101001表3-13刪除64位表格最后一列變成56位12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364表3-14將密鑰代入刪除最后一列01001111010101100100010101010010010100110100010101000001010100112）將56位的密鑰按下表（置換選擇1）進(jìn)行置換（1）將表3-13的第1列、第2列、第3列、第4列的一半，從下往上取，從左往右寫到表3-15的第1行、第2行、第3行、第4行的一半（即上表的一半順時針轉(zhuǎn)90度）；（2）將表3-13的第7列、第6列、第5列、第4列的一半，從下往上取，從左往右寫到表3-15的第4行的一半、第5行、第6行、第7行：按表3-15的方式，可將表3-14的56位密鑰轉(zhuǎn)換成表3-16所示的新的56位密鑰：表3-15置換選擇1表57494133251791585042342618102595143352719113605044366355473931231576254463830221466153453729211352820124表3-1656位密鑰代入置換選擇1表000000001111111100000000100110011011001001110000000110103）將轉(zhuǎn)換后的56位的密鑰分成左、右兩部分C0=0000000011111111000000001001D0=10011011001001110000000110104）表3-17是各輪移位次數(shù)表。根據(jù)各輪移位次數(shù)表，將左、右兩部分都循環(huán)左移LSi位?，F(xiàn)在是第一輪，LSi=1，左右半部各循環(huán)左移一位后得：C1=0000000111111110000000010010D1=0011011001001110000000110101表3-17各輪移位次數(shù)表LSi·LS1LS2LS3LS4LS5LS6LS7LS8LS9LS10LS11LS12LS13LS14LS15LS16位數(shù)11222222122222215)表3-18是置換選擇2表。C1、D1拼接后得56位，按置換選擇2表進(jìn)行置換，生成48位的第一個子密鑰K1（其中，第9、18、22、25、35、38、43、54位被剔除）。表3-19是C1、D1拼接后的56位表。表3-20是置換后的得到的48位K1表。表3-18置換選擇2表1417112415328156211023191242681672720132415231374755304051453348444939563453464250362932表3-19C1與D1拼接為56位123456780000000191011121314151611111110171819202122232400000001252627282930313200100011333435363738394001100100414243444546474811100000495051525354555600110101置換后，得48位K1。K1=101100001001001001001010111000001000000110010001表3-20置換后的48位K11417112415328101100001562110231912410010010268167272013201001010415231374755304011100000514533484449395610000001345346425036293210010001四、加密處理1）將R0（48）與K1進(jìn)行異或，得到A值：R0(48)=100000000000000000000001011000001100000010101110K1=101100001001001001001010111000001000000110010001異或后得A=0011000010010010010010111000000001000001001111112）將上面的A分為8組A1=001100A2=001001A3=001001A4=001011A5=100000A6=000100A7=000100A8=111111取A1的第1和第6位，作為數(shù)組的第一個數(shù)；取中間4位，作為數(shù)組的第二個數(shù)，得S1（00，0110），轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制得S1（0，6）。同樣方法，得：S2（1，4）、S3（1，4），S4(1，5)，S5(2，0)，S6(0，2)，S7(0，2)，S8(3，15)3）表3-21是S盒數(shù)據(jù)變換表。查S盒數(shù)據(jù)變換表得：S1(0，6)=11轉(zhuǎn)成2進(jìn)制是：1011S2(1，4)=15轉(zhuǎn)成2進(jìn)制是：1111S3(1，4)=3轉(zhuǎn)成2進(jìn)制是：0011S4(1，5)=15轉(zhuǎn)成2進(jìn)制是：1111S5(2，0)=4轉(zhuǎn)成2進(jìn)制是：0100S6(0，2)=10轉(zhuǎn)成2進(jìn)制是：1010S7(0，2)=2轉(zhuǎn)成2進(jìn)制是：0010S8(3，15)=11轉(zhuǎn)成2進(jìn)制是：1011合并S1~S8，得：B=10111111001111110100101000101011表3-21S盒數(shù)據(jù)變換表

0123456789101112131415S1:01441312151183106125907101574142131106121195382411481362111512973105031512824917511314100613S2:01518146113497213120510131347152814120110691152014711104131581269321531381013154211671205149S3:01009146315511312711428113709346102851413111512136498153011121251014731101306987415143115212S4:07131430691012851112415113811561503472121101492106901211713151314528433150610113894511127214S5:02124171011685315130149114112124713150151039862421111013781591256301431181271142136150910453S6:01211015926801334147511110154271295611314011382914155281237041011311634321295151011141760813S7:04112141508133129751061113011749110143512215862141113123714101568059236111281410795015142312S8:01328461511110931450127111513810374125611014922711419121420610131535832114741081315129035611

4）表3-22是Permutation置換位置表。表2-23是B值的列表。表3-24是對B值列表進(jìn)行Permutation置換位置表變換后得到的X0值表。查Permutation置換位置表，對B值進(jìn)行Permutation置換，得到X0值。可見，經(jīng)過P置換后得到X0=110111001110111001011110010101105）L0（32）與X0按位異或，可得R1（32）L0（32）=11111111000010001100111100100110X0=11011100111011100101111001010110R1（32）=00100011111001101001000101110000表3-22Permutation置換位置表1672021291228171152326518311028241432273919133062211425