DES加密详解

 

在网上搜集了一些资料，弄明白了DES加密算法，下面整理一下。

DES算法的密钥是64位，其中实际用到了56位，第8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64位留作奇偶校验。在加解密的时候，该算法将数据以64位为单位进行处理，也就是处理64位然后输出64位。下面是加密大致的流程图。  

首先介绍一下右边的流程图，也就是从64位密钥生成16个子钥的过程。

设有密钥K(64位) = 133457799BBCDFF1，首先去除不用的8位，得到K’(56位)= 1111000 0110011 0010101 0101111 0101010 1011001 1001111 0001111，然后将K’从中间划分成两部分C0(28位)= 1111000 0110011 0010101 0101111，D0(28位)= 0101010 1011001 1001111 0001111，然后从C0,D0开始进行16次循环左移得到C1,D1至C16,D16。移位规则是这样的：Ci，Di是从,进行n次移位得到的，n可从下表得到。例如C1 = 1110000110011001010101011111，D1 =1010101011001100111100011110， C2 = 1100001100110010101010111111，D2 = 0101010110011001111000111101。注意进行的是循环左移，也就是从左边移出的位要补到末尾。

 

得到C1,D1至C16,D16之后，再对C1,D1至C16,D16进行置换操作就得到了Key1至Key16。置换操作是这样进行的：以由C1,D1得到Key1为例，首先将C1,D1顺序接在一起得Skey1=1110000110011001010101011111 1010101011001100111100011110， 然后将Skey1根据下面的顺序进行重新排列14 17 11 24 1 5 3 28 15 6 21 10 23 19 12 4 26 8 16 7 27 20 13 2 41 52 31 37 47 55 30 40 51 45 33 48 44 49 39 56 34 53 46 42 50 36 29 32 ，也就是Skey1的14位放在第1位，第17位放在第2位，依次类推，最后就由56位的Skey1得到了48位的Key1=000110 110000 001011 101111 111111 000111 000001 110010，同理Key2=011110 011010 111011 011001 110110 111100 100111 100101,这样16个子钥就由C1,D1至C16,D16得到了。

下面介绍左边的流程图。

首先对待加密的64位数据进行置换，置换顺序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,

例如Date=0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111，置换后Date’=1100 1100 0000 0000 1100 1100 1111 1111 1111 0000 1010 1010 1111 0000 1010 1010，将Date’从中间分成两部分得L0，R0。L0=1100 1100 0000 0000 1100 1100 1111 1111，R0=1111 0000 1010 1010 1111 0000 1010 1010。然后进行16次循环运算从L0，R0得到L1，R1至L16，R16。循环运算的递推公式为：，，其中是异或运算，f()是一个关键函数最后讨论，为第n个子钥。利用该递推公式得到L16=0100 0011 0100 0010 0011 0010 0011 0100,R16=0000 1010 0100 1100 1101 1001 1001 0101后将它俩连接起来得到preRS=00001010 01001100 11011001 10010101 01000011 01000010 00110010 00110100，然后对preRS再进行置换，置换顺序为：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,

置换后得到RS=10000101 11101000 00010011 01010100 00001111 00001010 10110100 00000101这就是最后得到的密文。

下面介绍一下递推公式中的f()函数。

=P( S( E( ) ) )其中E( )是一个置换，将32位的置换成48位，这样就可以和48位的子钥进行异或运算，所以此置换规则叫做放大换位表

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,

令B= E( ) ，B是一个48位的数据，然后将B代入S()函数，S()函数是一个48位输入32位输出的压缩选择函数，此函数是整个DES算法的安全性所在，但是它的设计原则与过程并未公布，因此有人怀疑美国在这个函数里留有后门。S()函数稍后详细介绍。

P()函数也是一个置换， 32位输入，32位输出。其置换顺序如下：

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,

最后介绍DES算法的核心S()函数，又叫做S-BOX选择函数。

S()函数的输入是一个48位数据，输出是32位数据。首先将48位输入数据顺序划为8组，每组6位，例如011010 101101 100101 100101 101010 001011 100101 010010（48位）划分之后为D1=011010， D2=101101,D3= 100101,D4= 100101,D5= 101010,D6= 001011,D7= 100101,D8= 010010。然后分别用对进行置换，这样6位的经过置换之后变成了4位，然后将8个4位的结果顺序连接起来就是S()函数的结果(32位)了。

但是对进行置换的规则与以前的不同，规则如下：=abcdef， af对应的十进制数为行号，然后bcde对应的十进制数为列号，在中选出（af，bcde）对应的数字，然后此数字对应的4位2进制值就是对进行置换后的结果。例如D1=011010，行号为00=0，列号1101=13，在S1中（0,13）=9=1001，所以D1=011010置换后为1001

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,

上面就是整个的加密过程，解密过程类似只是顺序相反，过程如下