des算法簡介

　　DES算法為密碼體制中的對稱密碼體制，又被稱為美國數據加密標準，是1972年美國IBM公司研制的對稱密碼體制加密算法。 明文按64位進行分組，密鑰長64位，密鑰事實上是56位參與DES運算（第8、16、24、32、40、48、56、64位是校驗位， 使得每個密鑰都有奇數個1）分組后的明文組和56位的密鑰按位替代或交換的方法形成密文組的加密方法。

　　des算法基本原理

　　其入口參數有三個：key、data、mode。key為加密解密使用的密鑰，data為加密解密的數據，mode為其工作模式。當模式為加密模式時，明文按照64位進行分組，形成明文組，key用于對數據加密，當模式為解密模式時，key用于對數據解密。實際運用中，密鑰只用到了64位中的56位，這樣才具有高的安全性。

　　des算法特點

　　分組比較短、密鑰太短、密碼生命周期短、運算速度較慢。

　　des算法流程

　　DES算法把64位的明文輸入塊變為64位的密文輸出塊，它所使用的密鑰也是64位，整個算法流程圖如下：

　　DES算法詳述

　　DES算法把64位的明文輸入塊變為64位的密文輸出塊，它所使用的密鑰也是64位，其功能是把輸入的64位數據塊按位重新組合，并把輸出分為L0、R0兩部分，每部分各長32位，其置換規則見下表：

　　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，

　　即將輸入的第58位換到第一位，第50位換到第2位，。。.，依此類推，最后一位是原來的第7位。L0、R0則是換位輸出后的兩部分，L0是輸出的左32位，R0 是右32位，例：設置換前的輸入值為D1D2D3.。。.。.D64，則經過初始置換后的結果為：L0=D550.。.D8；R0=D57D49.。.D7。

　　經過26次迭代運算后。得到L16、R16，將此作為輸入，進行逆置換，即得到密文輸出。逆置換正好是初始置的逆運算，例如，第1位經過初始置換后，處於第40位，而通過逆置換，又將第40位換回到第1位，其逆置換規則如下表所示：

　　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，

　　放大換位表

　　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，

　　單純換位表

　　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，

　　在f（Ri，Ki）算法描述圖中，S1，S2.。.S8為選擇函數，其功能是把6bit數據變為4bit數據。下面給出選擇函數Si（i=1，2.。。.。.8）的功能表：

　　選擇函數Si

　　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，

　　在此以S1為例說明其功能，我們可以看到：在S1中，共有4行數據，命名為0，1、2、3行；每行有16列，命名為0、1、2、3，。。.。。.，14、15列。

　　現設輸入為： D＝D1D2D3D4D5D6

　　令：列＝D2D3D4D5

　　行＝D1D6

　　然后在S1表中查得對應的數，以4位二進製表示，此即為選擇函數S1的輸出。下面給出子密鑰Ki（48bit）的生成算法

　　從子密鑰Ki的生成算法描述圖中我們可以看到：初始Key值為64位，但DES算法規定，其中第8、16、。。.。。.64位是奇偶校驗位，不參與DES運算。故Key 實際可用位數便只有56位。即：經過縮小選擇換位表1的變換后，Key 的位數由64 位變成了56位，此56位分為C0、D0兩部分，各28位，然后分別進行第1次循環左移，得到C1、D1，將C1（28位）、D1（28位）合併得到56位，再經過縮小選擇換位2，從而便得到了密鑰K0（48位）。依此類推，便可得到K1、K2、。。.。。.、K15，不過需要注意的是，16次循環左移對應的左移位數要依據下述規則進行：

　　循環左移位數

　　1，1，2，2，2，2，2，2，1，2，2，2，2，2，2，1

　　以上介紹了DES算法的加密過程。DES算法的解密過程是一樣的，區別僅僅在於第一次迭代時用子密鑰K15，第二次K14、。。.。。.，最后一次用K0，算法本身并沒有任何變化。

　　DES算法具有極高安全性，到目前為止，除了用窮舉搜索法對DES算法進行攻擊外，還沒有發現更有效的辦法。而56位長的密鑰的窮舉空間為256，這意味著如果一臺計算機的速度是每一秒種檢測一百萬個密鑰，則它搜索完全部密鑰就需要將近2285年的時間，可見，這是難以實現的，當然，隨著科學技術的發展，當出現超高速計算機后，我們可考慮把DES密鑰的長度再增長一些，以此來達到更高的保密程度。

　　由上述DES算法介紹我們可以看到：DES算法中只用到64位密鑰中的其中56位，而第8、16、24、。。.。。.64位8個位并未參與DES運算，這一點，向我們提出了一個應用上的要求，即DES的安全性是基於除了8，16，24，。。.。。.64位外的其餘56位的組合變化256才得以保證的。因此，在實際應用中，我們應避開使用第8，16，24，。。.。。.64位作為有效數據位，而使用其它的56位作為有效數據位，才能保證DES算法安全可靠地發揮作用。如果不瞭解這一點，把密鑰Key的8，16，24，。。.。。 .64位作為有效數據使用，將不能保證DES加密數據的安全性，對運用DES來達到保密作用的系統產生數據被破譯的危險，這正是DES算法在應用上的誤區，是各級技術人員、各級領導在使用過程中應絕對避免的，而當今各金融部門及非金融部門，在運用DES工作，掌握DES工作密鑰Key的領導、主管們，極易忽略，給使用中貌似安全的系統，留下了被人攻擊、被人破譯的極大隱患。

　　DES算法應用誤區的驗證數據

　　筆者用Turbo C編寫了DES算法程序，并在PC機上對上述的DES 算法的應用誤區進行了騅，其驗證數據如下：

　　Key： 0x30 0x30 0x30 0x30.。。.。.0x30（8個字節）

　　Data： 0x31 0x31 0x31 0x31.。。.。.0x31（8個字節）

　　Mode： Encryption

　　結果：65 5e a6 28 cf 62 58 5f

　　如果把上述的Key換為8個字節的0x31，而Data和Mode均不變，則執行DES 后得到的密文完全一樣。類似地，用Key:8個0x32和用Key:8個0x33 去加密Data （8 個0x31），二者的圖文輸出也是相同的：5e c3 ac e9 53 71 3b ba

　　我們可以得到出結論：

　　Key用0x30與用0x31是一樣的；

　　Key用0x32與用0x33是一樣的，。。.。。.

　　當Key由8個0x32換成8個0x31后，貌似換成了新的Key，但由於0x30和0x31僅僅是在第8，16，24.。。.。.64有變化，而DES算法并不使用Key的第8，16，。。.。。.64位作為Key的有效數據位，故：加密出的結果是一樣的。

　　DES解密的驗證數據：

　　Key： 0x31 0x31.。。.。.0x31（8個0x31）

　　Data： 65 5e a6 28 cf 62 58 5f

　　Mode： Decryption

　　結果：0x31 0x31.。。.。.0x31（8個0x31）

　　由以上看出：DES算法加密與解密均工作正確。唯一需要避免的是：在應用中，避開使用Key的第8，16.。。.。.64位作為有效數據位，從而便避開了DES 算法在應用中的誤區。

　　避開DES算法應用誤區的具體操作

　　在DES密鑰Key的使用、管理及密鑰更換的過程中，應絕對避開DES 算法的應用誤區，即：絕對不能把Key的第8，16，24.。。.。.64位作為有效數據位，來對Key 進行管理。這一點，特別推薦給金融銀行界及非金融業界的領導及決策者們，尤其是負責管理密鑰的人，要對此點予以高度重視。有的銀行金融交易網絡，利用定期更換DES密鑰Key的辦法來進一步提高系統的安全性和可靠性，如果忽略了上述應用誤區，那麼，更換新密鑰將是徒勞的，對金融交易網絡的安全運行將是十分危險的，所以更換密鑰一定要保證新Key與舊Key真正的不同，即除了第8，16，24，。。.64位外其它位數據發生了變化，請務必對此保持高度重視！

　　/*****************************************以下為使用DES加密工具的驗證結果****************************************************/

　　以上兩張圖是只對密鑰中的第8、16、24、36、48、56、64位發生變化，驗證加密后的密文是一樣的！