des加密算法25754

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1、實驗原理?一．對稱密鑰加密機制???對稱密鑰加密機制即對稱密碼體系，也稱為單鑰密碼體系和傳統(tǒng)密碼體系。對稱密碼體系通常分為兩大類，一類是分組密碼（如DES、AES算法），另一類是序列密碼（如RC4算法）。???對稱密碼體系加密和解密時所用的密鑰是相同的或者是類似的，即由加密密鑰可以很容易地推導出解密密鑰，反之亦然。同時在一個密碼系統(tǒng)中，我們不能假定加密算法和解密算法是保密的，因此密鑰必須保密。發(fā)送信息的通道往往是不可靠的或者不安全的，所以在對稱密碼系統(tǒng)中，必須用不同于發(fā)送信息的另外一個安全信道來發(fā)送密鑰。圖2-1-1描述了對稱密碼(傳

2、統(tǒng)密碼)系統(tǒng)原理框架，其中M表示明文；C表示密文；E表示加密算法；D表示解密算法；K表示密鑰；I表示密碼分析員進行密碼分析時掌握的相關(guān)信息；B表示密碼分析員對明文M的分析和猜測。圖2-1-1?傳統(tǒng)密碼系統(tǒng)原理框架圖???對稱密碼體系的優(yōu)點：???●加密效率高，硬件實現(xiàn)可達每秒數(shù)百兆字節(jié)（件實現(xiàn)略慢一些）。???●密鑰相對比較短。???●可以用來構(gòu)造各種密碼機制。???●可以用來建造安全性更強的密碼。???對稱密碼體系的缺點：???●通信雙方都要保持密鑰的秘密性。???●在大型網(wǎng)絡中，每個人需持有許多密鑰。???●為了安全，需要經(jīng)常更換

3、密鑰。二．DES加密算法簡介???1973年5月15日，美國國家標準局在聯(lián)邦注冊報上發(fā)表一則啟事，公開征集用來保護傳輸和靜止存儲的計算機數(shù)據(jù)的密碼算法，這一舉措最終導致了數(shù)據(jù)加密標準DES的出現(xiàn)。DES采用分組乘積密碼體制，它是由IBM開發(fā)的，是對早期Lucifer密碼體制的改進。DES在1975年3月17日首次在聯(lián)邦記錄中公布，而且聲明對此算法征求意見。到1977年2月15日擬議中的DES被采納為“非密級”應用的一個聯(lián)邦標準。???最初預期DES作為一個標準只能使用10至15年。然而，出于種種原因，可能是DES還沒有受到嚴重的威脅，

4、事實證明了DES要長壽得多。在其被采用后，大約每隔5年被評審一次。DES的最后一次評審是在1999年1月。但是，隨著計算機計算能力的提高，由于DES的密鑰過短，僅有56位，對DES的成功攻擊也屢見報導。例如：1999年1月，RSA數(shù)據(jù)安全公司宣布：該公司所發(fā)起的對56位DES的攻擊已經(jīng)由一個稱為電子邊境基金的組織，通過互聯(lián)網(wǎng)上的100000臺計算機合作在22小時15分鐘內(nèi)完成。???NIST（美國國家標準研究所）于1997年發(fā)布公告征集新的數(shù)據(jù)加密標準作為聯(lián)邦信息處理標準以代替DES。新的數(shù)據(jù)加密標準稱為AES。盡管如此，DES的出現(xiàn)

5、仍然是現(xiàn)代密碼學歷史上一個非常重要的事件。它對于我們分析掌握分組密碼的基本理論與設計原理仍然具有重要的意義。三．DES加密流程動畫演示???如圖2-1-2所示，對于任意長度的明文，DES首先對其進行分組，使得每一組的長度為64位，然后分別對每個64位的明文分組進行加密。???對于每個64位長度的明文分組的加密過程如下：???（1）初始置換：輸入分組按照初始置換表重排次序，進行初始置換。???（2）16輪循環(huán)：DES對經(jīng)過初始置換的64位明文進行16輪類似的子加密過程。每一輪的子加密過程要經(jīng)過DES的f函數(shù)，其過程如下：???●將64位

6、明文在中間分開，劃分為2部分，每部分32位，左半部分記為L，右半部分記為R，以下的操作都是對右半部分數(shù)據(jù)進行的。???●擴展置換：擴展置換將32位的輸入數(shù)據(jù)根據(jù)擴展置換表擴展成為48位的輸出數(shù)據(jù)。???●異或運算：將48位的明文數(shù)據(jù)與48位的子密鑰進行異或運算（48位子密鑰的產(chǎn)生過程在實驗原理八．子密鑰產(chǎn)生過程中有詳細討論）。???●S盒置換：S盒置換是非線性的，48位輸入數(shù)據(jù)根據(jù)S盒置換表置換成為32位輸出數(shù)據(jù)。???●直接置換：S盒置換后的32位輸出數(shù)據(jù)根據(jù)直接置換表進行直接置換。???●經(jīng)過直接置換的32位輸出數(shù)據(jù)與本輪的L部分

7、進行異或操作，結(jié)果作為下一輪子加密過程的R部分。本輪的R部分直接作為下一輪子加密過程的L部分。然后進入下一輪子加密過程，直到16輪全部完成。???（3）終結(jié)置換：按照終結(jié)置換表進行終結(jié)置換，64位輸出就是密文。???在每一輪的子加密過程中，48位的明文數(shù)據(jù)要與48位的子密鑰進行異或運算，子密鑰的產(chǎn)生過程如下：???●循環(huán)左移：根據(jù)循環(huán)左移表對C和D進行循環(huán)左移。循環(huán)左移后的C和D部分作為下一輪子密鑰的輸入數(shù)據(jù)，直到16輪全部完成。???●將C和D部分合并成為56位的數(shù)據(jù)。???●壓縮型換位2：56位的輸入數(shù)據(jù)根據(jù)壓縮型換位2表輸出48

8、位的子密鑰，這48位的子密鑰將與48位的明文數(shù)據(jù)進行異或操作。圖2-1-2?DES加密流程四．DES的分組過程???DES是一種分組加密算法，所謂分組加密算法就是對一定大小的明文或密文來做加密或解密動作。在DES加密系統(tǒng)