chap9：密码学基本理论(DES)

对称加密算法之DES介绍DES(Data Encryption Standard)是分组对称密码算法。

DES采用了64位的分组长度和56位的密钥长度，它将64位的输入经过一系列变换得到64位的输出。

解密则使用了相同的步骤和相同的密钥。

DES的密钥长度为64位，由于第n*8(n=1,2,…8)是校验位，因此实际参与加密的长度为56位，密钥空间含有2^56个密钥。

DES算法利用多次组合替代算法和换位算法，分散和错乱的相互作用，把明文编制成密码强度很高的密文，它的加密和解密用的是同一算法。

DES算法，是一种乘积密码，其在算法结构上主要采用了置换、代替、模二相加等函数，通过轮函数迭代的方式来进行计算和工作。

DES算法也会使用到数据置换技术，主要有初始置换IP和逆初始置换IP^-1两种类型。

DES算法使用置换运算的目的是将原始明文的所有格式及所有数据全部打乱重排。

而在轮加密函数中，即将数据全部打乱重排，同时在数据格式方面，将原有的32位数据格式，扩展成为48位数据格式，目的是为了满足S盒组对数据长度和数据格式规范的要求。

一组数据信息经过一系列的非线性变换以后，很难从中推导出其计算的过程和使用的非线性组合；但是如果这组数据信息使用的是线性变换，计算就容易的多。

在DES算法中，属于非线性变换的计算过程只有S盒，其余的数据计算和变换都是属于线性变换，所以DES算法安全的关键在于S盒的安全强度。

此外，S盒和置换IP相互配合，形成了很强的抗差分攻击和抗线性攻击能力，其中抗差分攻击能力更强一些。

DES算法是一种分组加密机制，将明文分成N个组，然后对各个组进行加密，形成各自的密文，最后把所有的分组密文进行合并，形成最终的密文。

DES加密是对每个分组进行加密，所以输入的参数为分组明文和密钥，明文分组需要置换和迭代，密钥也需要置换和循环移位。

在初始置换IP中，根据一张8*8的置换表，将64位的明文打乱、打杂，从而提高加密的强度；再经过16次的迭代运算，在这些迭代运算中，要运用到子密钥；每组形成的初始密文，再次经过初始逆置换IP^-1，它是初始置换的逆运算，最后得到分组的最终密文。

网络与信息安全作业题目：DES加密与解密过程原理解析姓名：学号：班级：日期：2016年3月30日一、DES简介：DES(Data Encryption Standard)是对称加解密算法的一种，由IBM公司W.Tuchman和C.Meyer在上个世纪70年代开发，该算法使用64位密钥（其中包含8位奇偶校验，实际密钥长度为56位）对以64为单位的块数据加密，产生64位密文数据，然后使用相同的密钥进行解密。

密钥只有通信双方知晓，不对第三方公开。

二、DES算法过程：1．DES的加密过程：第一阶段：初始置换IP。

在第一轮迭代之前，需要加密的64位明文首先通过初始置换IP的作用，对输入分组实施置换。

最后，按照置换顺序，DES将64位的置换结果分为左右两部分，第1位到第32位记为L0，第33位到第64位记为R0。

表1：置换IP表上表为置换IP表，将输入64位的第58位换到第一位，第50位换到第二位，依此类推，最后一位是原来的第7位。

L0是输出的前32位，R0是后32位。

比如：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 (7)第二阶段：获取函数f和子密钥。

函数f有两个输入：32位的Ri-1和48位Ki，f函数的处理流程如下图所示。

E变换的算法是从Ri-1的32位中选取某些位，构成48位。

即E 将32比特扩展变换为48位，变换规则根据E位选择表，如表2所示。

表2：E位选择表Ki是由密钥产生的48位比特串，具体的算法下面介绍。

将E的选位结果与Ki作异或操作，得到一个48位输出。

分成8组，每组6位，作为8个S盒的输入。

每个S盒输出4位，共32位（如下图）。

S盒的输出作为P变换的输入，P的功能是对输入进行置换，P换位表如表3所示。

表3：P换位表子密钥Ki：假设密钥为K，长度为64位，但是其中第8、16、24、32、40、48、64用作奇偶校验位，实际上密钥长度为56位。

DES（Data Encryption Standard）是一种对称密钥加密算法，被广泛认为是密码学中最广为使用的加密算法之一。

它由IBM公司于1970年代初开发，并在1977年被美国联邦政府正式采用作为标准。

在密码学中，DES的使用56位的密钥对64位的数据块进行加密和解密操作。

DES加密过程中主要包括初始置换、16轮的Feistel加密、逆初始置换等步骤。

首先，将输入数据块进行初始置换，然后将数据块分成两半，分别为左半部分L0和右半部分R0。

接着，DES算法进行16轮的迭代。

在每一轮迭代中，右半部分R(i-1)经过扩展置换，然后与当前轮次的子密钥进行异或运算。

然后通过S盒置换、P盒置换等操作，得到新的右半部分Ri，并与左半部分Li-1进行异或运算，得到新的左半部分Li。

最后一轮迭代完成后，将左右两部分进行交换，然后进行逆初始置换，即可得到最终的加密结果。

然而，由于DES使用的56位密钥长度相对较短，它已经不能很好地抵抗暴力破解等攻击手段的威胁，因此目前更常用的对称加密算法包括AES（高级加密标准）等。

同时，需要注意的是，由于DES算法已经被认为不再安全，不建议在实际应用中使用。

des加密原理DES加密原理。

DES（Data Encryption Standard）是一种对称密钥加密算法，它使用相同的密钥进行加密和解密，是一种广泛应用的加密算法。

DES加密原理是基于Feistel密码结构和置换-置换网络（P-Box、S-Box）的设计，下面将详细介绍DES加密原理。

DES加密算法采用的是分组密码，将明文分成64位一组，密钥长度为56位，经过16轮迭代加密后得到密文。

在每一轮迭代中，明文会被分成左右两部分，然后经过一系列的置换、替换和异或运算，最终得到加密后的结果。

这样的设计使得DES算法具有较高的安全性和可靠性。

Feistel密码结构是DES加密算法的核心，它采用了轮函数的设计，将明文进行多轮的迭代加密，从而增强了加密的复杂度和安全性。

在每一轮迭代中，右半部分的数据会被传递到下一轮，而左半部分则经过一系列的运算后与右半部分进行异或运算，最终得到新的右半部分数据。

这样的设计使得DES算法具有较高的混淆和扩散性质，增强了加密的安全性和抗攻击能力。

P-Box和S-Box是DES算法中的两个重要的置换盒，它们负责对数据进行置换和替换，从而增加了加密的随机性和复杂度。

P-Box负责对数据进行位的置换，S-Box则负责对数据进行字节的替换，这样的设计增强了加密算法的非线性和随机性，使得DES算法更加抗攻击和安全。

DES算法的密钥长度为56位，这意味着DES算法的密钥空间为2^56，即DES算法共有2^56个可能的密钥。

这样的设计使得DES算法具有较高的密钥空间，增加了破解的难度和成本，使得DES算法更加安全可靠。

总的来说，DES加密算法是一种经典的对称密钥加密算法，它采用了Feistel密码结构、P-Box和S-Box的设计，具有较高的安全性和可靠性。

虽然DES算法已经被更加安全的AES算法所取代，但DES算法仍然具有重要的研究和应用价值，对于理解和学习加密算法具有重要意义。

des密码学课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解DES密码学的基本概念，掌握加密算法的原理和流程；2. 学会使用DES算法进行加密和解密操作；3. 了解密码学在信息安全领域的重要性和应用。

技能目标：1. 能够运用所学知识，独立完成DES加密和解密的过程；2. 培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力，提高他们在实际应用中运用密码学知识的技能；3. 提升学生的团队协作能力，通过小组讨论和实践，共同完成密码学相关任务。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对密码学学习的兴趣，激发他们探索信息安全领域的热情；2. 增强学生的信息安全意识，认识到密码学在保护个人和国家安全中的重要性；3. 培养学生严谨、客观、负责的科学态度，使他们能够正确评价密码学在现实生活中的价值。

本课程针对年级学生的特点，注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性、主动性和创造性。

在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，使学生在掌握知识的同时，提高技能和情感态度价值观。

为后续的教学设计和评估提供明确的方向。

二、教学内容本课程教学内容紧密结合课程目标，确保科学性和系统性。

具体包括以下部分：1. 引言：介绍密码学的基本概念、发展历程以及DES算法的产生背景。

- 教材章节：第一章 密码学概述2. DES算法原理：讲解DES算法的加密过程、解密过程以及密钥生成方法。

- 教材章节：第二章 对称加密算法3. DES算法实现：分析DES算法的具体实现步骤，包括初始置换、子密钥生成、轮函数等。

- 教材章节：第三章 DES算法详解4. 应用案例分析：通过实际案例，介绍DES算法在信息安全领域的应用。

- 教材章节：第四章 密码学应用实例5. 实践操作：指导学生使用相关工具进行DES加密和解密操作，巩固所学知识。

- 教材章节：第五章 密码学实验6. 总结与拓展：对DES算法进行总结，引导学生思考其优点与局限性，介绍其他密码学算法。

教学内容按照以上大纲进行安排，注重理论与实践相结合，循序渐进地引导学生掌握密码学知识。

DES 加密算法DES 全称Data Encryption Standard,即数据加密标准，是一种使用秘钥加密的分组加密算法。

DES 加密算法的入口参数有三个Key 、Data 、Mode 。

其中key 为7个字节共56位，是DES 算法工作的秘钥；Data 为8个字节64位，是被加密或解密的数据的一个分组；Mode 是DES 的工作方式，有两种：加密或解密。

DES 是一个十六轮的Feistel 型密码（1），它的分组长度为64比特（当明文的长度不为64的整数倍时需要做填充，但可能会引起数据扩展（2）），用一个56比特的秘钥来加密一个64比特明文串，获得一个64比特的密文串。

DES 的加密过程可以分为三个部分：初始置换IP ，十六轮的迭代函数，最后的逆置换1-IP 。

其中十六轮的迭代函数是核心；置换IP 及逆置换1-IP 仅仅打乱原文（明文或未完全加密的密文）的坐标顺序，不具有密码学意义。

DES 的加密过程1、对64位分组明文进行初始置换IP 。

将置换后的明文记为000X R L = ，其中0L 表示置换后64位的左侧32位，0R 表示右侧32位。

2、计算16轮的迭代函数。

我们可以根据公式 1i R L -=i()i i i i K L f L ,R 11--⊕=来计算第i 轮的i i R L ，其中⊕表示按位做异或运算，f 是一个函数，i K 是第i 轮的秘钥（i=1,2…16）。

3、对得到的密文做逆置换1-IP 记y=()16161-R L IP 。

步骤2中函数f的定义函数f的示意图（示意图画的很奇怪，找到合适的工具，重新画。

）函数f的具体实施步骤：迭代过程中每一轮的输入是上一轮的输出。

E是一个扩充置换，将32位的A扩充为48位（3）。

在每一轮迭代中A是该轮输入的右侧32位。

J是48位的子秘钥，由子秘钥生成函数生成（见后面内容），每一轮的子秘钥均不相同。

A 经过扩充置换后的E(A)与子秘钥J 经过异或得到8个S 盒（4）B 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8的输入，每一个S 盒将六位的输入转换为四位输出。