数据加密标准

２００８年第３期　声学与电子工程　总第９１期　

基于三重数据加密标准的目标数据保密技术　

李新天　刘国勤　王庆福　杜栓平　

（１第七一五研究所声纳技术国防重点实验室，杭州，３１　００１　２）　

（２海军驻上海江南造船（集团）有限责任公司军事代表室，上海，２０００３２）　

摘要为了确保水声目标辐射噪声数据及其它军事保密数据的安全存储和传送使用，介绍一种基于三　

重数据加密标准（３ＤＥＳ）的目标数据加密／解密技术，并给出了实现算法。通过对实际声呐目标数据的试验，　

验证了该保密技术的有效性。　

关键词３ＤＥＳ；目标数据；加密；解密　

１引言　

随着计算机和网络技术的发展，电子信息技术在　

军事科技领域内的应用获得了飞速的发展，它在电子　

战、信息战、智能武器，制导等军事领域担当着越来　

越重要的角色。然而，另一方面，间谍和窃密人员利　

用高科技手段对军事领域进行渗透，军事保密数据的　

安全受到严重的威胁，最近发生的多起窃密事件给我　

们敲响了警钟。当前，军事保密数据安全形势日趋严　

峻，客观上需要一种强有力的安全措施来保护数据不　

被窃取或篡改。数据加密技术是最基本的安全措施，　

被称为信息安全技术的核心，它使数据加密后处于密　

文状态，可以防止未经授权的信息泄漏或失窃，是一　

种非常重要的信息保护手段。　数据保密流程及窃密通道如图１，为使窃密者　

无法窃取保密数据，安全的保密算法在传输中应该　

满足下述要求：从截获的密文或某些已知明文的密　

文中推算密钥或任意明文在计算上是不可行的；加　

密系统的安全性不依赖于加密体制或算法的保密；　

加密算法和解密算法适用于所有密钥空间中的元　

素；适于音频数据加密，系统便于实现和使用方便。　

考虑上述要求，我们选择数据加密标准（Ｄａｔａ　

Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ　Ｓｔａｎｄａｒｄ）算法。ＤＥＳ是一种对计算机数　

据进行密码保护的一种数学算法，是一种对称密码　

体制，许多专家学者分析证明ＤＥＳ是一种性能良好　

的数据加密算法，具有随机特性好、线性复杂度高、　

所谓数据加密(Data Encryption)技术是指将一个信息(或称明文，plain text)经过加密钥匙(Encryption key)及加密函数转换，变成无意义的密文(cipher text)，而接收方则将此密文经过解密函数、解密钥匙(Decryption key)还原成明文。加密技术是网络安全技术的基石。

密码技术是通信双方按约定的法则进行信息特殊变换的一种保密技术。根据特定的法 则，变明文(Plaintext)为密文(Ciphertext)。从明文变成密文的过程称为加密(Encryption); 由密文恢复出原明文的过程，称为解密(Decryption)。密码在早期仅对文字或数码进行加、 解密，随着通信技术的发展，对语音、图像、数据等都可实施加、解密变换。密码学是由密码编码学和密码分析学组成的，其中密码编码学主要研究对信息进行编码以实现信息隐蔽，而密码分析学主要研究通过密文获取对应的明文信息。密码学研究密码理论、密码算

法、密码协议、密码技术和密码应用等。 随着密码学的不断成熟，大量密码产品应用于国计民生中，如USB Key、PIN EntryDevice、 RFID

卡、银行卡等。广义上讲，包含密码功能的应用产品也是密码产品，如各种物联网产 品，它们的结构与计算机类似，也包括运算、控制、存储、输入输出等部分。密码芯片是密码产品安全性的关键，它通常是由系统控制模块、密码服务模块、存储器控制模块、功 能辅助模块、通信模块等关键部件构成的。

数据加密技术要求只有在指定的用户或网络下，才能解除密码而获得原来的数据，这就需要给数据发送方和接受方以一些特殊的信息用于加解密，这就是所谓的密钥。其密钥的值是从大量的随机数中选取的。按加密算法分为专用密钥和公开密钥两种。

分类

专用密钥

专用密钥，又称为对称密钥或单密钥，加密和解密时使用同一个密钥，即同一个算法。如DES和MIT的Kerberos算法。单密钥是最简单方式，通信双方必须交换彼此密钥，当需给对方发信息时，用自己的加密密钥进行加密，而在接收方收到数据后，用对方所给的密钥进行解密。当一个文本要加密传送时，该文本用密钥加密构成密文，密文在信道上传送，收到密文后用同一个密钥将密文解出来，形成普通文体供阅读。在对称密钥中，密钥的管理极为重要，一旦密钥丢失，密文将无密可保。这种方式在与多方通信时因为需要保存很多密钥而变得很复杂，而且密钥本身的安全就是一个问题。

数据加密标准（DES）

数据加密标准（DES）

概述

DES（Data Encryption Standard）是由1971年IBM公司设计出的⼀个加密算法，1977年经美国国家标准局（ＮＢＳ）采⽤作为联邦标准之后，已

成为⾦融界及其它各种民间⾏业最⼴泛应⽤的对称密码系统，是第⼀个被公布出来的标准算法。四⼗年来，尽管计算机硬件及破解技术的发展⽇新

⽉异，但对ＤＥＳ的攻击也仅仅做到了“质疑”的地步，其主要缺点之⼀是密钥太短，若能⽤ＤＥＳ改进算法加长密钥长度，仍不失为⼀个安全的密码

系统。

DES结构

明⽂m 置换IP m0=L0UR0 密钥源K1 L1UR1 密钥源K2 L2UR2 ……密钥源K16 L16UR16 得到R16UL16 逆置换IP^-1 得到密⽂CＤＥＳ是⼀个对称密码体制，加解密使⽤同⼀密钥，密钥、明⽂、密⽂长度均为６４ｂｉｔ。

解密过程为输⼊密⽂Ｃ并反序输⼊⼦密钥K16,K15,...,K1，最后输出的即明⽂ｍ。

DES详细结构图

置换IP和逆置换IP^-1

置换IP和逆置换IP-1没有密码学意义，X与IP(X)（或Y与IP-1 (Y)）的⼀⼀对应关系是已知的，置换的⽬的是打乱原来输⼊X的ASII码字的前后关系。

1. 置换IP

置换IP表中的位序号特征为：64位按照8⾏8列排列，最右边⼀列按照1、3、5、7排列，往左边各列的位序号依次为其右边⼀列各位序号加8.

2. 逆置换IP^-1

逆置换IP^-1是置换IP的逆过程，表中位序号特征，64位按照8⾏8列排列，左边第⼆列按8、7、6、5、4、3、2、1次序排列，往右边隔⼀序号

是当前列序号加8，认为最右边⼀列的隔⼀列为最左边⼀列。F函数

DES的⼀轮迭代过程见下图，其中的F函数由3部分组成：

扩展置换(E盒)

⾮线性代换(S盒)

线性置换(P盒)substitute：代换

permute：置换

expand：扩展

1. 扩展置换

扩展置换⼜称E盒，将32别输⼊扩展为48bit输出。扩展过程如下：

数据加密技术

摘 要：由于Internet的快速发展，网络安全问题日益受到人们的重视。面对计算机网络存在的潜在威胁与攻击，一个计算机网络安全管理者要为自己所管辖的网络建造强大、安全的保护手段。数据加密技术是网络中最基本的安全技术，主要是通过对网络中传输的信息进行数据加密起来保障其安全性，这是一种主动安全防御策略，用很小的代价即可为信息提供相当大的安全保护。

现代社会对信息安全的需求大部分可以通过密码技术来实现。密码技术是信息安全技术中的心核，它主要由密码编码技术和密码分析技术两个分支组成。这两个分支既相互对立，又相互依存。信息的安全性主要包括两个方面即信息的保密性和信息的认证性。在用密码技术保护的现代信息系统的安全性主要取决于对密钥的保护，即密码算法的安全性完全寓于密钥之中。可见，密钥的保护和管理在数据系统安全中是极为重要的。人们目前特别关注的是密钥托管技术。

一、信息保密技术

信息的保密性是信息安全性的一个重要方面,加密是实现信息保密性的一种重要手段。加密算法和解密算法的操作通常都是在一组密钥控制下进行的，分别称为加密密钥和解密密钥。根据加密密钥和解密密钥是否相同，可将现有的加密体制分为两种:一种是私钥或对称加密体制，其典型代表是美国的数据加密标准(D E S)；另一种是公钥或非对称加密体制，其典型代表是R S A体制。

目前国际上最关心的加密技术有两种:一种是分组密码。另一种是公钥密码。

1. 分组密码技术

DES是目前研究最深入、应用最广泛的一种分组密码。针对DES，人们研制了各种各样的分析分组密码的方法，比如差分分析方法和线性分析方法，这些方法对DES的安全性有一定的威胁，但没有真正对D E S的安全性构成威胁。

2. 公钥加密技术

私钥密码体制的缺陷之一是通信双方在进行通信之前需通过一个安全信道事先交换密钥。这在实际应用中通常是非常困难的。而公钥密码体制可使通信双方无须事先交换密钥就可建立起保密通信。在实际通信中，一般利用公钥密码体制来保护和分配密钥，而利用私钥密码体制加密消息。公钥密码体制主要用于认证和密钥管理等。