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发信人: zjliu (Robusting), 信区: Algorithm
标  题: 如何实现DES算法
发信站: 哈工大紫丁香 (Sun Nov 17 15:39:55 2002) , 转信

                如何实现DES算法
                Matthew Fischer

DES( Data Encryption Standard)算法，于1977年得到美国政府的正式许可，是一种用
56位密钥来加密64位数据的方法。DES算法以被应用于许多需要安全加密的场合。（如：
UNIX的密码算法就是以DES算法为基础的）。下面是关于如何实现DES算法的语言性描述
，如果您要其源代码，可以到Http//Assassin.yeah.net下载，后者您有任何问题也可以
写信给我（Assassin@ynmail.com）。
　
1-1、变换密钥
　
取得64位的密钥，每个第8位作为奇偶校验位。
　
1-2、变换密钥。
　
1-2-1、舍弃64位密钥中的奇偶校验位，根据下表（PC-1）进行密钥变换得到56位的密钥
，在变换中，奇偶校验位以被舍弃。
Permuted Choice 1 (PC-1)
57 49 41 33 25 17 9
1 58 50 42 34 26 18
10 2 59 51 43 35 27
19 11 3 60 52 44 36
63 55 47 39 31 23 15
7 62 54 46 38 30 22
14 6 61 53 45 37 29
21 13 5 28 20 12 4
1-2-2、将变换后的密钥分为两个部分，开始的28位称为C[0]，最后的28位称为D[0]。
1-2-3、生成16个子密钥，初始I=1。
1-2-3-1、同时将C[I]、D[I]左移1位或2位，根据I值决定左移的位数。见下表
I： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
左移位数： 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1
1-2-3-2、将C[I]D[I]作为一个整体按下表（PC-2）变换，得到48位的K[I]
　
Permuted Choice 2 (PC-2)
14 17 11 24 1 5
3 28 15 6 21 10
23 19 12 4 26 8
16 7 27 20 13 2
41 52 31 37 47 55
30 40 51 45 33 48
57 49 41 33 25 17 9
1 58 50 42 34 26 18
10 2 59 51 43 35 27
19 11 3 60 52 44 36
63 55 47 39 31 23 15
7 62 54 46 38 30 22
14 6 61 53 45 37 29
21 13 5 28 20 12 4
1-2-2、将变换后的密钥分为两个部分，开始的28位称为C[0]，最后的28位称为D[0]。
1-2-3、生成16个子密钥，初始I=1。
1-2-3-1、同时将C[I]、D[I]左移1位或2位，根据I值决定左移的位数。见下表
I： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
左移位数： 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1
1-2-3-2、将C[I]D[I]作为一个整体按下表（PC-2）变换，得到48位的K[I]
　
Permuted Choice 2 (PC-2)
14 17 11 24 1 5
3 28 15 6 21 10
23 19 12 4 26 8
16 7 27 20 13 2
41 52 31 37 47 55
30 40 51 45 33 48
44 49 39 56 34 53
46 42 50 36 29 32
1-2-3-3、从1-2-3-1处循环执行，直到K[16]被计算完成。
　
2、处理64位的数据
2-1、取得64位的数据，如果数据长度不足64位，应该将其扩展为64位（例如补零）
2-2、将64位数据按下表变换（IP）
Initial Permutation (IP)
58 50 42 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
2-3、将变换后的数据分为两部分，开始的32位称为L[0]，最后的32位称为R[0]。
2-4、用16个子密钥加密数据，初始I=1。
2-4-1、将32位的R[I-1]按下表（E）扩展为48位的E[I-1]
Expansion (E)
32 1 2 3 4 5
4 5 6 7 8 9
44 49 39 56 34 53
46 42 50 36 29 32
1-2-3-3、从1-2-3-1处循环执行，直到K[16]被计算完成。
　
2、处理64位的数据
2-1、取得64位的数据，如果数据长度不足64位，应该将其扩展为64位（例如补零）
2-2、将64位数据按下表变换（IP）
Initial Permutation (IP)
58 50 42 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
2-3、将变换后的数据分为两部分，开始的32位称为L[0]，最后的32位称为R[0]。
2-4、用16个子密钥加密数据，初始I=1。
2-4-1、将32位的R[I-1]按下表（E）扩展为48位的E[I-1]
Expansion (E)
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
2-4-2、异或E[I-1]和K[I]，即E[I-1] XOR K[I]
2-4-3、将异或后的结果分为8个6位长的部分，第1位到第6位称为B[1]，第7位到第12位
称为B[2]，依此类推，第43位到第48位称为B[8]。
2-4-4、按S表变换所有的B[J]，初始J=1。所有在S表的值都被当作4位长度处理。
2-4-4-1、将B[J]的第1位和第6位组合为一个2位长度的变量M，M作为在S[J]中的行号。

2-4-4-2、将B[J]的第2位到第5位组合，作为一个4位长度的变量N，N作为在S[J]中的列
号。
2-4-4-3、用S[J][M][N]来取代B[J]。
Substitution Box 1 (S[1])
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
S[2]
15 1 8 14 6 11 3 4 9 7 2 13 12 0 5 10
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
2-4-2、异或E[I-1]和K[I]，即E[I-1] XOR K[I]
2-4-3、将异或后的结果分为8个6位长的部分，第1位到第6位称为B[1]，第7位到第12位
称为B[2]，依此类推，第43位到第48位称为B[8]。
2-4-4、按S表变换所有的B[J]，初始J=1。所有在S表的值都被当作4位长度处理。
2-4-4-1、将B[J]的第1位和第6位组合为一个2位长度的变量M，M作为在S[J]中的行号。

2-4-4-2、将B[J]的第2位到第5位组合，作为一个4位长度的变量N，N作为在S[J]中的列
号。
2-4-4-3、用S[J][M][N]来取代B[J]。
Substitution Box 1 (S[1])
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
S[2]
15 1 8 14 6 11 3 4 9 7 2 13 12 0 5 10
在对DES密码进行鉴定的期间，美国国家保密局和计算机科学技术学会组织各界专家研究
了DES密码体制的安全性问题，讨论了破译DES密码体制的一切可能途径。尽管有些专家
和学者对它的安全性仍持怀疑态度，但官方却得出了十分乐观的结论。他们宣布：“没
有任何可以破译DES密码体制的系统分析法。若使用穷举法，则在1990年以前基本上不可
能产生出每天能破译一个DES密钥的专用计算机。即使届时能制造出这样的专用机，它的
破译成功率也只会在0.1到0.2之间，而且造价可能高达几千万美元。”
先我们考虑用穷举法破译DES 密码的问题。设已知一段密码文C及与它对应的明码文M，
用一切可能的密钥K加密M，直到得到E（M）=C，这时所用的密钥K即为要破译的密码的密
钥。穷举法的时间复杂性是T=O（n），空间复杂性是S=O（1）。对于DES密码，n=256≈
7×1016，即使使用每秒种可以计算一百万个密钥的大型计算机，也需要算106天才能求
得所使用的密钥，因此看来是很安全的。但是Diffie和Hellman指出，如果设计一种一微
秒可以核算一个密钥的超大规模集成片，那么它在一天内可以核算8.64×1010个密钥。
如果由一个百万个这样的集成片构成专用机，那么它可以在不到一天的时间内用穷举法
破译DES密码。他们当时（1977年）估计：这种专用机的造价约为两千万美元。如果在五
年内分期偿还，平均每天约需付一万美元。由于用穷举法破译平均只需要计算半个密钥
空间，因此获得解的平均时间为半天。这样，破译每个DES密码的花销只是五千美元。后
来，Diffie在1981年又修改了他们的估计，认为以1980年的技术而论，用造价为五千万
美元的专用机破译DES密码平均要花两天时间。但是他与Hellman都预计：1990年时，破
译DES密码的专用机的造价将大幅度下降。
计算及科学家Tanenbaum指出，即使没有这种专用机，也可以用穷举法破译DES。

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