DES算法实现
完成一个DES 算法的 详细设计 ,内容包括：
DES（Data Encryption Standard）是一种用于电子数据加密的对称密钥块加密算法 .它以64位为分组长度，64位一组的明文作为算法的输入，通过一系列复杂的操作，输出同样64位长度的密文。DES 同样采用64位密钥，但由于每8位中的最后1位用于奇偶校验，实际有效密钥长度为56位。密钥可以是任意的56位的数，且可随时改变。
DES 使用加密密钥定义变换过程，因此算法认为只有持有加密所用的密钥的用户才能解密密文。DES的两个重要的安全特性是混淆和扩散。其中 混淆 是指通过密码算法使明文和密文以及密钥的关系非常复杂，无法从数学上描述或者统计。 扩散 是指明文和密钥中的每一位信息的变动，都会影响到密文中许多位信息的变动，从而隐藏统计上的特性，增加密码的安全。
DES算法的基本过程是换位和置换。如图，有16个相同的处理阶段，称为轮。还有一个初始和最终的排列，称为 IP 和 FP，它们是反向的 (IP 取消 FP 的作用，反之亦然)。
在主轮之前，块被分成两个32位的一半和交替处理；这种纵横交错的方案被称为Feistel 方法。Feistel 结构确保了解密和加密是非常相似的过程——唯一的区别是在解密时子键的应用顺序是相反的。其余的算法是相同的。这大大简化了实现，特别是在硬件中，因为不需要单独的加密和解密算法。
符号表示异或（XOR）操作。Feistel 函数将半块和一些键合在一起。然后，将Feistel 函数的输出与块的另一半组合在一起，在下一轮之前交换这一半。在最后一轮之后，两队交换了位置；这是 Feistel 结构的一个特性，使加密和解密过程类似。
IP 置换表指定64位块上的输入排列。其含义如下：输出的第一个比特来自输入的第58位;第二个位来自第50位，以此类推，最后一个位来自第7位输入。
最后的排列是初始排列的倒数。
展开函数被解释为初始排列和最终排列。注意，输入的一些位在输出时是重复的;输入的第5位在输出的第6位和第8位中都是重复的。因此，32位半块被扩展到48位。
P排列打乱了32位半块的位元。
表的“左”和“右”部分显示了来自输入键的哪些位构成了键调度状态的左和右部分。输入的64位中只有56位被选中；剩下的8（8、16、24、32、40、48、56、64）被指定作为奇偶校验位使用。
这个排列从56位键调度状态为每轮选择48位的子键。
这个表列出了DES中使用的8个S-box，每个S-box用4位的输出替换6位的输入。给定一个6位输入，通过使用外部的两个位选择行，以及使用内部的四个位选择列，就可以找到4位输出。例如，一个输入“011011”有外部位“01”和内部位“1101”。第一行为“00”，第一列为“0000”，S-box S5对应的输出为“1001”(=9)，即第二行第14列的值。
DES算法的基本流程图如下：
DES算法是典型的对称加密算法，在输入64比特明文数据后，通过输入64比特密钥和算法的一系列加密步骤后，可以得到同样为64比特的密文数据。反之，我们通过已知的密钥，可以将密文数据转换回明文。 我们将算法分为了三大块：IP置换、16次T迭代和IP逆置换 ，加密和解密过程分别如下：
实验的设计模式是自顶向下的结构，用C语言去分别是先各个函数的功能，最后通过主函数将所有函数进行整合，让算法更加清晰客观。
通过IP置换表，根据表中所示下标，找到相应位置进行置换。
对于16次 迭代，我们先将传入的经过 IP 混淆过的64位明文的左右两部分，分别为32位的 和32位的 。之后我们将 和 进行交换，得到作为IP逆置换的输入：
，
子密钥的生成，经历下面一系列步骤：首先对于64位密钥，进行置换选择，因为将用户输入的64 位经历压缩变成了56位，所以我们将左面和右面的各28位进行循环位移。左右两部分分别按下列规则做循环移位：当 ，循环左移1位；其余情况循环左移2位。最后将得到的新的左右两部分进行连接得到56位密钥。
对半块的 Feistel 操作分为以下五步：
如上二图表明，在给出正确的密码后，可以得到对应的明文。
若密码错误，将解码出错误答案。
【1】 Data Encryption Standard
【2】 DES算法的详细设计（简单实现）
【3】 深入理解并实现DES算法
【4】 DES算法原理完整版
【5】 安全体系（一）—— DES算法详解
彩驰科技
2024-11-22 广告
