《计算机网络安全防护技术（第二版）》 课件 第3章-任务3.1.2 探究DES加密技术

第3章数据加密技术3.1.2DES加密技术编著：

秦燊劳翠金

3.1.2DES加密技术

DES（DataEncryptionStandard，数据加密标准）算法，是由IBM公司为非机密数据加密所设计的方案，1977年被美国政府采纳，后被国际标准局采纳为国际标准。DES算法是一种对称加密算法，输入的明文被分成64位的块；密钥长度是64位，其中56位为有效位，8位用于奇偶校验。加密大致分为初始排列、16轮加密和翻转初始排列等三个过程。

如图3-1-1所示，整个算法的主流程图如下：图3-1-1des算法流程图DES加密的大致过程如下：将64位的明文经初始排列打乱顺序，得到左边32位L0和右边32位R0两部分；经过第一轮加密后，变成左边L1和右边R1；经过第二轮加密后，变成左边L2和右边R2；……如此循环，总共经过十六个不同子密钥的16轮加密，得到左边L16和右边R16，将左右合并、翻转初始排列后，最终得到64位密文。1．将64位的明文顺序打乱，生成32位的左边L0、32位的右边R0两部分；2.第一轮加密：1）新的左边L1，直接取自原来的右边R0；2）新的右边R1，由原来的右边R0、第一轮的子密钥、原来的左边L0，经过加密运算，而生成。3.第二~第十六轮加密，与第一轮加密类似。4.翻转初始排列。

下面以密钥为OVERSEAS，明文为FOOTBALL为例，解释DES的加密过程：一、通过查询ASCII码表，将明文和密钥转换成二进制。表3-3是节选的ASCII码表。表3-4是二进制与十六进制的对应关系表。八进制十六进制十进制字符1004064@1014165A1024266B1034367C1044468D1054569E1064670F1074771G1104872H1114973I1124a74J1134b75K1144c76L1154d77M1164e78N1174f79O1205080P1215181Q1225282R1235383S1245484T1255585U1265686V1275787W1305888X1315989Y1325a90Z表3-3ASCII码表（节选）

如：通过查询ASCII码表，得到字符’F’的ASCII码的16进制是:46，转成二进制是：01000110通过查表，可得：明文FOOTBALL的ASCII码的二进制是：0100011001001111010011110101010001000010010000010100110001001100密钥OVERSEAS的ASCII码的二进制是：0100111101010110010001010101001001010011010001010100000101010011二进制十六进制000000001100102001130100401015011060111710008100191010A1011B1100C1101D1110E1111F表3-4二进制与十六进制的对应关系表二、明文的处理

按置换规则表，打乱明文的顺序，并平分为左边32位的L0和右边32位的R0。一）概述：1.将64位的明文顺序打乱，并平分为左边32位的L0和右边32位的R0；2.把右边32位R0赋值给下一轮左边L1；3.把左边32位的L0、右边32位R0（扩展成48位）、第一轮子密钥进行加密运算，生成下一轮的R1。4.相关表格：1）置换规则表:其功能是把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位。表3-5所示的是置换规则表：表3-5置换规则表置换规则是将输入的第58位换到第一位，第50位换到第2位，...，依此类推，输入的第7位置换到最后一位。L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0是右32位，例：设置换前的输入值为D1D2D3......D64，则经过初始置换后的结果为：L0=D58D50...D8；R0=D57D49...D7。585042342618102605244362820124625446383022146645648403224168574941332517915951433527191136153453729211356355473931231572）扩展排列表：用于把右边32位R0扩展为48位。表3-6所示的是扩展排列表：表3-6扩展排列表3212345456789891011121312131415161716171819202120212223242524252627282928293031321二）详细过程1.明文FOOTBALL的ASCII码的二进制是：0100011001001111010011110101010001000010010000010100110001001100表3-7是明文FOOTBALL的ASCII码的二进制。表3-8是在表3-7的基础上，进行编号。表3-7明文FOOTBALL的ASCII码的二进制0100011001001111010011110101010001000010010000010100110001001100表3-8为明文FOOTBALL的ASCII码的二进制编号序12345678910111213141516码0100011001001111序17181920212223242526272829303132码0100111101010100序33343536373839404142434445464748码0100001001000001序49505152535455565758596061626364码01001100010011002.表3-9是置换规则表，需将明文按置换规则表进行初始变换。表3-10是明文经过初始变换后，得到的结果。即：1111111100001000110011110010011000000000000000001100011000010111表3-9置换规则表58504234261810260524436282012462544638302214664564840322416857494133251791595143352719113615345372921135635547393123157表3-10初始变换后的结果11111111000010001100111100100110000000000000000011000110000101113.把经过初始变换后的明文分成左32位和右32位，得到：L0（32）=11111111000010001100111100100110R0（32）=000000000000000011000110000101114.生成新的左边L1。把R0(32)赋值给L1（32），即L1（32）=R0（32）=000000000000000011000110000101115.把R0（32）按扩展排列表扩展为48位。表3-11是扩展排列表，表3-12是32位的R0按扩展排列表扩展成48位的结果。说明：新的右边R1，由原来的右边R0、原来的左边L0、第一轮的子密钥，经过加密运算，而生成。为了进行上述加密运算，要先将R0扩展成48位。即：R0(48)=100000000000000000000001011000001100000010101110表3-11扩展排列表3212345456789891011121312131415161716171819202120212223242524252627282928293031321表3-12R0扩展为48位100000000000000000000001011000001100000010101110三、密钥的处理分析：密钥要对明文进行16次加密处理1）明文：前面的明文打乱了顺序，平分成了左边32位，右边32位；右边32位扩展成了48位的R0(48)；2）密钥：一个密钥将生成十六个子密钥，十六个不同子密钥的长度都是48位。3）加密：明文需经过十六个不同子密钥的十六轮加密，才能产生密文。第一轮加密产生新的左边32位，新的右边32位。其中，新的左边32位，直接取自原来的右边32位；新的右边32位，由原来的右边32位扩展成48位与第一轮的子密钥加密运算，再转换成32位，再与原来的左边32位，经过加密运算，而生成。2.以生成第一轮48位的子密钥为例1)把64位密钥删除8、16、24、32、40、48、56、64位，变成56位即，把8*8的表格，删除最后一列。表3-13是将密钥从64位变成56位的方法说明。得到64位的密钥OVERSEAS的ASCII码的二进制：0100111101010110010001010101001001010011010001010100000101010011表3-14用于将64位的密钥ASCII码值代入，生成56位有效值。得到56位有效值：01001110101011010001001010010101001010001001000000101001表3-13删除64位表格最后一列变成56位12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364表3-14将密钥代入删除最后一列01001111010101100100010101010010010100110100010101000001010100112）将56位的密钥按下表（置换选择1）进行置换（1）将表3-13的第1列、第2列、第3列、第4列的一半，从下往上取，从左往右写到表3-15的第1行、第2行、第3行、第4行的一半（即上表的一半顺时针转90度）；（2）将表3-13的第7列、第6列、第5列、第4列的一半，从下往上取，从左往右写到表3-15的第4行的一半、第5行、第6行、第7行：按表3-15的方式，可将表3-14的56位密钥转换成表3-16所示的新的56位密钥：表3-15置换选择1表57494133251791585042342618102595143352719113605044366355473931231576254463830221466153453729211352820124表3-1656位密钥代入置换选择1表000000001111111100000000100110011011001001110000000110103）将转换后的56位的密钥分成左、右两部分C0=0000000011111111000000001001D0=10011011001001110000000110104）表3-17是各轮移位次数表。根据各轮移位次数表，将左、右两部分都循环左移LSi位。现在是第一轮，LSi=1，左右半部各循环左移一位后得：C1=0000000111111110000000010010D1=0011011001001110000000110101表3-17各轮移位次数表LSi·LS1LS2LS3LS4LS5LS6LS7LS8LS9LS10LS11LS12LS13LS14LS15LS16位数11222222122222215)表3-18是置换选择2表。C1、D1拼接后得56位，按置换选择2表进行置换，生成48位的第一个子密钥K1（其中，第9、18、22、25、35、38、43、54位被剔除）。表3-19是C1、D1拼接后的56位表。表3-20是置换后的得到的48位K1表。表3-18置换选择2表1417112415328156211023191242681672720132415231374755304051453348444939563453464250362932表3-19C1与D1拼接为56位123456780000000191011121314151611111110171819202122232400000001252627282930313200100011333435363738394001100100414243444546474811100000495051525354555600110101置换后，得48位K1。K1=101100001001001001001010111000001000000110010001表3-20置换后的48位K11417112415328101100001562110231912410010010268167272013201001010415231374755304011100000514533484449395610000001345346425036293210010001四、加密处理1）将R0（48）与K1进行异或，得到A值：R0(48)=100000000000000000000001011000001100000010101110K1=101100001001001001001010111000001000000110010001异或后得A=0011000010010010010010111000000001000001001111112）将上面的A分为8组A1=001100A2=001001A3=001001A4=001011A5=100000A6=000100A7=000100A8=111111取A1的第1和第6位，作为数组的第一个数；取中间4位，作为数组的第二个数，得S1（00，0110），转换为十进制得S1（0，6）。同样方法，得：S2（1，4）、S3（1，4），S4(1，5)，S5(2，0)，S6(0，2)，S7(0，2)，S8(3，15)3）表3-21是S盒数据变换表。查S盒数据变换表得：S1(0，6)=11转成2进制是：1011S2(1，4)=15转成2进制是：1111S3(1，4)=3转成2进制是：0011S4(1，5)=15转成2进制是：1111S5(2，0)=4转成2进制是：0100S6(0，2)=10转成2进制是：1010S7(0，2)=2转成2进制是：0010S8(3，15)=11转成2进制是：1011合并S1~S8，得：B=10111111001111110100101000101011表3-21S盒数据变换表

0123456789101112131415S1:01441312151183106125907101574142131106121195382411481362111512973105031512824917511314100613S2:01518146113497213120510131347152814120110691152014711104131581269321531381013154211671205149S3:01009146315511312711428113709346102851413111512136498153011121251014731101306987415143115212S4:07131430691012851112415113811561503472121101492106901211713151314528433150610113894511127214S5:02124171011685315130149114112124713150151039862421111013781591256301431181271142136150910453S6:01211015926801334147511110154271295611314011382914155281237041011311634321295151011141760813S7:04112141508133129751061113011749110143512215862141113123714101568059236111281410795015142312S8:01328461511110931450127111513810374125611014922711419121420610131535832114741081315129035611

4）表3-22是Permutation置换位置表。表2-23是B值的列表。表3-24是对B值列表进行Permutation置换位置表变换后得到的X0值表。查Permutation置换位置表，对B值进行Permutation置换，得到X0值。可见，经过P置换后得到X0=110111001110111001011110010101105）L0（32）与X0按位异或，可得R1（32）L0（32）=11111111000010001100111100100110X0=11011100111011100101111001010110R1（32）=00100011111001101001000101110000表3-22Permutation置换位置表1672021291228171152326518311028241432273919133062211425