DES加密算法

前言

最近上了信息安全课，学了一点东西，感觉还蛮有趣的，在这里记录一下，DES加密算法应该是IBM研制的一种被广泛使用的对称加密算法，在这里，我们只是讨论一下简化的DES算法。

DES算法流程

请允许我盗用一下老师的图片，这个流程图还是很清楚的，但是里面的具体什么置换，怎样去置换，就在简化的DES中去讲解。

整个加密过程分为3个阶段：

第一阶段进行初始置换IP，然后将明文分成两个32bit的字串——L0和R0
对于L0和R0进行连续的16轮迭代运算
将迭代后的信息进行逆置换，然后得到输出的密文。其中，逆置换是初始置换的逆运算

密钥的形成

对于一个给定的56bit密钥，在真正参与的加密的，其实只有48bit。

密钥在第一阶段时，进行置换选择PC-1，根据置换选择表，转换成新的密钥，并拆分成两部分——C0和D0
在第二阶段中，每次对密钥进行循环左移，然后进行置换选择PC-2，得到其中的48bit，但与到加密中。

初始置换

初始置换表如下：

58,50,42,34,26,18,10, 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,

就是把64bit数据的第58位放到第一位，第50位放到第二位，依次类推，最后得到一个新的64bit的数据

来个简化的样例
设原始8bit数据为: 1111 0011
IP表为：2,6,3,1,4,8,5,7
那么对应的转换后的数据为：1011 1101

迭代运算

对于每次迭代运算，都需要经过以下5个步骤：

扩展置换：将32bit的字串$RE_{i-1}$扩展成48bit的数据
异或操作：将上一步得到的48bit数据与密钥形成中得到的48bit数据进行异或操作
选择置换：将异或后得到的48bit数据重新变成32bit
置换操作：将上一步得到的结果进行置换
异或操作：将$LE_{i-1}$与上一步得到的数据进行亦或，得到$RE_i$，同时，$LE_i=RE_{i-1}$

具体流程图如下：

扩展置换

跟初始置换一样，根据对应的置换表格，进行置换

例如4bit -> 8bit置换表格为：4，1，2，3，2，1，4，3
对于输入数据：1011
输出数据为：1101 0111

与密钥异或

异或操作很简单，每一位对其，相同为0，不同为1，不多解释了

选择置换

选择置换又称作S盒，是DES算法中唯一没有公开的一部分，只是给出了输入和输出，具体内部如何实现的，我们不知道。

简化的S盒如下所示：

在简化的DES算法中，我们使用两个S盒——S0和S1。

将8bit的数据平均分成两部分，前半部分使用S0，后半部分使用S1
对于每一部分（以前半部分为例），设为D3,D2,D1,D0，将D3，D1组成一个二进制数，并转换成十进制数A1，将D2, D1组成一个二进制数，并转换成十进制数A2
以A1指定一行，A2指定一列，对应的查找S0盒，得到数据M1，同理，用后半部分查找S1可以得到M2
将M1,M2合并成一个M，就得到了新的4bit的数据

例如，S盒如上图，对应的8bit输入数据为：1101 0111
前半部分: A1 = 11 -> 3 A2 = 10 -> 2 查表可得 M1 = 1 -> 01
后半部分：A1 = 01 -> 1 A2 = 11 -> 3 查表可得 M2 = 3 -> 11
所以转换后的数据为：0111

置换操作

跟初始置换差不多，不解释了

异或操作

应该很简单，也不多解释了

逆置换

逆置换是初始置换的逆过程，方法跟初始置换相同。

关于解密

DES算法是对称加密方法，对称加密的特点就是加解密过程相同，因此，方法跟加密完全一样，只需要将密文按同样的方法加密，就得到了明文。