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DES算法实现过程分析

来源:远方网络 | 2006-3-1 | (有2729人读过)

1. 处理密钥:
1.1 从用户处获得64位密钥.(每第8位为校验位,为使密钥有正确的奇偶校验,每个密钥要有奇 数个”1”位.(本文如未特指,均指二进制位)
1.2 具体过程:
1.2.1 对密钥实施变换,使得变换以后的密钥的各个位与原密钥位对应关系如下表所示:
表一为忽略校验位以后情况


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
57 49 41 33 25 17 9 1 58 50 42 34 26 18 10 2 59 51 43 35 27 19 11 3 60 52 44 36
29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56
63 55 47 39 31 23 15 7 62 54 46 38 30 22 14 6 61 53 45 37 29 21 13 5 28 20 12 4

1.2.2 把变换后的密钥等分成两部分,前28位记为C[0], 后28位记为D[0].
1.2.3 计算子密钥(共16个), 从i=1开始。
1.2.3.1 分别对C[i-1],D[i-1]作循环左移来生成C[i],D[i].(共16次)。每次循环左移位数
如下表所示:

循环次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
左移位数 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1

1.2.3.2 串联C[i],D[i],得到一个56位数,然后对此数作如下变换以产生48位子密钥K[i]。
变换过程如下:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
14 17 11 24 1 5 3 28 15 6 21 10 23 19 12 4 26 8 16 7 27 20 13 2
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
41 52 31 37 47 55 30 40 51 45 33 48 44 49 39 56 34 53 46 42 50 36 29 32

1.2.3.3 按以上方法计算出16个子密钥。


2.对64位数据块的处理:
2.1 把数据分成64位的数据块,不够64位的以适当的方式填补。
2.2对数据块作变换。

bit goes to bit bit goes to bit
58 1 57 33
50 2 49 34
42 3 41 35
34 4 33 36
26 5 25 37
18 6 17 38
10 7 9 39
2 8 1 40
60 9 59 41
52 10 51 42
44 11 43 43
36 12 35 44
28 13 27 45
20 14 19 46
12 15 11 47
4 16 3 48
62 17 61 49
54 18 53 50
46 19 45 51
38 20 37 52
30 21 29 53
22 22 21 54
14 23 13 55
6 24 5 56
64 25 63 57
56 26 55 58
48 27 47 59
40 28 39 60
32 29 31 61
24 30 23 62
16 31 15 63
8 32 7 64

2.3 将变换后的数据块等分成前后两部分,前32位记为L[0],后32位记为R[0]。
2.4 用16个子密钥对数据加密。
2.4.1 根据下面的扩冲函数E,扩展32位的成48位

bit goes to bit bit goes to bit bit goes to bit bit goes to bit
32 1 8 13 16 25 24 37
1 2 9 14 17 26 25 38
2 3 10 15 18 27 26 39
3 4 11 16 19 28 27 40
4 5 12 17 20 29 28 41
5 6 13 18 21 30 29 42
4 7 12 19 20 31 28 43
5 8 13 20 21 32 29 44
6 9 14 21 22 33 30 45
7 10 15 22 23 34 31 46
8 11 16 23 24 35 32 47
9 12 17 24 25 36 1 48

2.4.2 用E{R[i-1]}与K[i]作异或运算。
2.4.3 把所得的48位数分成8个6位数。1-6位为B[1],7-12位为B[2],……43-48位为B[8]。
2.4.4 用S密箱里的值替换B[j]。从j=1开始。S密箱里的值为4位数,共8个S密箱
2.4.4.1 取出B[j]的第1和第6位串联起来成一个2位数,记为m.。m即是S密箱里用来替换
B[j]的数所在的列数。
2.4.4.2 取出B[j]的第2至第5位串联起来成一个4位数,记为n。n即是S密箱里用来替换
B[j]的数所在的行数。
2.4.4.3 用S密箱里的值S[j][ m][ n]替换B[j]。8个S密箱如下所示:

--------
S-BOXES1

Binary d1d6 => 00 01 10 11
\/ d2..d5 \/ Dec 0 1 2 3
0000 0 14 0 4 15
0001 1 4 15 1 12
0010 2 13 7 14 8
0011 3 1 4 8 2
0100 4 2 14 13 4
0101 5 15 2 6 9
0110 6 11 13 2 1
0111 7 8 1 11 7
1000 8 3 10 15 5
1001 9 10 6 12 11
1010 10 6 12 9 3
1011 11 12 11 7 14
1100 12 5 9 3 10
1101 13 9 5 10 0
1110 14 0 3 5 6
1111 15 7 8 0 13

--------
S-BOXES2

binary d1d6 => 00 01 10 11
\/ d2..d5 \/ dec 0 1 2 3
0000 0 15 3 0 13
0001 1 1 13 14 8
0010 2 8 4 7 10
0011 3 14 7 11 1
0100 4 6 15 10 3
0101 5 11 2 4 15
0110 6 3 8 13 4
0111 7 4 14 1 2
1000 8 9 12 5 11
1001 9 7 0 8 6
1010 10 2 1 12 7
1011 11 13 10 6 12
1100 12 12 6 9 0
1101 13 0 9 3 5
1110 14 5 11 2 14
1111 15 10 5 15 9

--------
S-BOXES3

binary d1d6 => 00 01 10 11
\/ d2..d5 \/ dec 0 1 2 3
0000 0 10 13 13 1
0001 1 0 7 6 10
0010 2 9 0 4 13
0011 3 14 9 9 0
0100 4 6 3 8 6
0101 5 3 4 15 9
0110 6 15 6 3 8
0111 7 5 10 0 7
1000 8 1 2 11 4
1001 9 13 8 1 15
1010 10 12 5 2 14
1011 11 7 14 12 3
1100 12 11 12 5 11
1101 13 4 11 10 5
1110 14 2 15 14 2
1111 15 8 1 7 12

--------
S-BOXES4

binary d1d6 => 00 01 10 11
\/ d2..d5 \/ dec 0 1 2 3
0000 0 7 13 10 3
0001 1 13 8 6 15
0010 2 14 11 9 0
0011 3 3 5 0 6
0100 4 0 6 12 10
0101 5 6 15 11 1
0110 6 9 0 7 13
0111 7 10 3 13 8
1000 8 1 4 15 9
1001 9 2 7 1 4
1010 10 8 2 3 5
1011 11 5 12 14 11
1100 12 11 1 5 12
1101 13 12 10 2 7
1110 14 4 14 8 2
1111 15 15 9 4 14

--------
S-BOXES5

binary d1d6 => 00 01 10 11
\/ d2..d5 \/ dec 0 1 2 3
0000 0 2 14 4 11
0001 1 12 11 2 8
0010 2 4 2 1 12
0011 3 1 12 11 7
0100 4 7 4 10 1
0101 5 10 7 13 14
0110 6 11 13 7 2
0111 7 6 1 8 13
1000 8 8 5 15 6
1001 9 5 0 9 15
1010 10 3 15 12 0
1011 11 15 10 5 9
1100 12 13 3 6 10
1101 13 0 9 3 4
1110 14 14 8 0 5
1111 15 9 6 14 3

--------
S-BOXES6

binary d1d6 => 00 01 10 11
\/ d2..d5 \/ dec 0 1 2 3
0000 0 12 10 9 4
0001 1 1 15 14 3
0010 2 10 4 15 2
0011 3 15 2 5 12
0100 4 9 7 2 9
0101 5 2 12 8 5
0110 6 6 9 12 15
0111 7 8 5 3 10
1000 8 0 6 7 11
1001 9 13 1 0 14
1010 10 3 13 4 1
1011 11 4 14 10 7
1100 12 14 0 1 6
1101 13 7 11 13 0
1110 14 5 3 11 8
1111 15 11 8 6 13

--------
S-BOXES7

binary d1d6 => 00 01 10 11
\/ d2..d5 \/ dec 0 1 2 3
0000 0 4 13 1 6
0001 1 11 0 4 11
0010 2 2 11 11 13
0011 3 14 7 13 8
0100 4 15 4 12 1
0101 5 0 9 3 4
0110 6 8 1 7 10
0111 7 13 10 14 7
1000 8 3 14 10 9
1001 9 12 3 15 5
1010 10 9 5 6 0
1011 11 7 12 8 15
1100 12 5 2 0 14
1101 13 10 15 5 2
1110 14 6 8 9 3
1111 15 1 6 2 12

--------
S-BOXES8

binary d1d6 => 00 01 10 11
\/ d2..d5 \/ dec 0 1 2 3
0000 0 13 1 7 2
0001 1 2 15 11 1
0010 2 8 13 4 14
0011 3 4 8 1 7
0100 4 6 10 9 4
0101 5 15 3 12 10
0110 6 11 7 14 8
0111 7 1 4 2 13
1000 8 10 12 0 15
1001 9 9 5 6 12
1010 10 3 6 10 9
1011 11 14 11 13 0
1100 12 5 0 15 3
1101 13 0 14 3 5
1110 14 12 9 5 6
1111 15 7 2 8 11

2.4.4.4 返回2.4.4.1直至8个数据块都被替换。
2.4.5 把B[1]至B[8] 顺序串联起来得到一个32位数。对这个数做如下变换:

bit goes to bit bit goes to bit
16 1 2 17
7 2 8 18
20 3 24 19
21 4 14 20
29 5 32 21
12 6 27 22
28 7 3 23
17 8 9 24
1 9 19 25
15 10 13 26
23 11 30 27
26 12 6 28
5 13 22 29
18 14 11 30
31 15 4 31
10 16 25 32

2.4.6 把得到的结果与L[i-1]作异或运算。把计算结果賦给R[i]。
2.4.7 把R[i-1]的值賦给L[i]。
2.4.8 从2.4.1循环执行,直到K[16]也被用到。
2.5 把R[16]和L[16] 顺序串联起来得到一个64位数。对这个数实施2.2变换的逆变换。

以上就是DES算法如何加密一段64位数据块。解密时用同样的过程,只需把16个子密钥的
顺续颠倒过来,应用的顺序为K[16],K[15],K[14],。。。。K[1]。

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