DES算法的实现步骤.ppt

DES算法的实现步骤 DES算法实现加密需要三个步骤 第一步 变换明文 对给定的64位比特的明文x 首先通过一个置换IP表来重新排列x 从而构造出64位比特的x0 x0 IP x L0R0 其中L0表示x0的前32比特 R0表示x0的后32位 第二步 按照规则迭代 规则为Li Ri 1Ri Li f Ri 1 Ki i 1 2 3 16 经过第一步变换已经得到L0和R0的值 其中符号 表示的数学运算是异或 f表示一种置换 由S盒置换构成 Ki是一些由密钥编排函数产生的比特块 f和Ki将在后面介绍 第三步 对L16R16利用IP 1作逆置换 就得到了密文y 加密过程如图8 4所示 从图中可以看出 DES加密需要四个关键点 1 IP置换表和IP 1逆置换表 2 函数f 3 子密钥Ki 4 S盒的工作原理 1 IP置换表和IP 1逆置换表 输入的64位数据按置换IP表进行重新组合 并把输出分为L0 R0两部分 每部分各长32位 其置换IP表如表8 1所示 将输入64位比特的第58位换到第一位 第50位换到第二位 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 比如 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换的逆运算 例如 第1位经过初始置换后 处于第40位 而通过逆置换IP 1 又将第40位换回到第1位 其逆置换IP 1规则表8 2所示 逆置换表IP 1 2 函数f 函数f有两个输入 32位的Ri 1和48位Ki f函数的处理流程如图所示 E变换的算法是从Ri 1的32位中选取某些位 构成48位 即E将32比特扩展变换为48位 变换规则根据E位选择表 如表8 3所示 Ki是由密钥产生的48位比特串 具体的算法下面介绍 将E的选位结果与Ki作异或操作 得到一个48位输出 分成8组 每组6位 作为8个S盒的输入 每个S盒输出4位 共32位 S盒的工作原理将在第第四步介绍 S盒的输出作为P变换的输入 P的功能是对输入进行置换 P换位表如表8 4所示 3 子密钥ki假设密钥为K 长度为64位 但是其中第8 16 24 32 40 48 64用作奇偶校验位 实际上密钥长度为56位 K的下标i的取值范围是1到16 用16轮来构造 构造过程如图8 6所示 首先 对于给定的密钥K 应用PC1变换进行选位 选定后的结果是56位 设其前28位为C0 后28位为D0 PC1选位如表8 5所示 第一轮 对C0作左移LS1得到C1 对D0作左移LS1得到D1 对C1D1应用PC2进行选位 得到K1 其中LS1是左移的位数 如表8 6所示 表8 6中的第一列是LS1 第二列是LS2 以此类推 左移的原理是所有二进位向左移动 原来最右边的比特位移动到最左边 其中PC2如表8 7所示 第二轮 对C1 D1作左移LS2得到C2和D2 进一步对C2D2应用PC2进行选位 得到K2 如此继续 分别得到K3 K4 K16 4 S盒的工作原理 S盒以6位作为输入 而以4位作为输出 现在以S1为例说明其过程 假设输入为A a1a2a3a4a5a6 则a2a3a4a5所代表的数是0到15之间的一个数 记为 k a2a3a4a5 由a1a6所代表的数是0到3间的一个数 记为h a1a6 在S1的h行 k列找到一个数B B在0到15之间 它可以用4位二进制表示 为B b1b2b3b4 这就是S1的输出 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K16 第二次K15 最后一次用K1 算法本身并没有任何变化 DES的算法是对称的 既可用于加密又可用于解密 表2 5选择 替代 函数S 表2 5选择 替代 函数S 表2 5选择 替代 函数S DES算法的应用误区 DES算法具有比较高安全性 到目前为止 除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外 还没有发现更有效的办法 而56位长的密钥的穷举空间为256 这意味着如果一台计算机的速度是每一秒种检测一百万个密钥 则它搜索完全部密钥就需要将近2285年的时间 可见 这是难以实现的 当然 随着科学技术的发展 当出现超高速计算机后 我们可考虑把DES密钥的长度再增长一些 以此来达到更高的保密程度