很高兴和大家一起分享des加密算法实例的知识,希望对各位有所帮助。
随着计算机网络和计算机通讯技术的发展,计算机密码学得到前所未有的重视并迅速普及和发展起来。由于密码系统的各种性能主要由密码算法所决定,不同的算法决定了不同的密码体制,而不同的密码体制又有着不同的优缺点:有的密码算法高速简便,但加解密密钥相同,密钥管理困难;有的密码算法密钥管理方便安全,但计算开销大、处理速度慢。基于此,本文针对两种典型的密码算法DES和RSA的特点进行讨论分析,并提出一种以这两种密码体制为基础的混合密码系统,来实现优势互补。
1 密码系统简介
1.1 密码系统分类
密码系统从原理上可分为两大类,即单密钥系统和双密钥系统。单密钥系统又称为对称密码系统,其加密密钥和解密密钥或者相同,或者实质上相同,即易于从一个密钥得出另一个,如图1所示。双密钥系统又称为公开密钥密码系统,它有两个密钥,一个是公开的,用K1表示,谁都可以使用;另一个是私人密钥,用K2表示,只由采用此系统的人掌握。从公开的密钥推不出私人密钥,如图2所示。
1.2 两种密码系统分析
1.2.1 对称密码系统(单钥密码系统)
对称密码系统中加密和解密均采用同一把密钥,而且通信双方必须都要获得这把密钥。这就带来了一系列问题。首先,密钥本身的发送就存在着风险,如果在发送中丢失,接受方就不可能重新得到密文的内容;其次,多人通信时密钥的组合的数量会出现爆炸性的膨胀,N个人两两通信,需要N*(N-1)/2把密钥,增加了分发密钥的代价和难度;最后,由于通信双方必须事先统一密钥,才能发送保密的信息,这样,陌生人之间就无法发送密文了。
1.2.2 公开密钥密码系统(双钥密码系统)
公开密钥密码系统中,收信人生成两把数学上关联但又不同的公钥和私钥,私钥自己保存,把公钥公布出去,发信人使用收信人的公钥对通信文件进行加密,收信人收到密文后用私钥解密。公开密钥密码系统的优势在于,首先,用户可以把用于加密的钥匙公开地发给任何人,并且除了持有私有密钥的收信人之外,无人能解开密文;其次,用户可以把公开钥匙发表或刊登出来,使得陌生人之间可以互发保密的通信;最后,公开密钥密码系统提供了数字签字的公开鉴定系统,而这是对称密码系统不具备的。
1.3 典型算法
对称密码系统的算法有DES,aes,RC系列,DEA等,公开密钥密码系统的算法有RSA,Diffie-Hellman, Merkle-Hellman等。
2 DES算法
DES (Data Encryption Standard,数据加密标准)是一个分组加密算法,它以64 bit位(8 byte)为分组对数据加密,其中有8 bit奇偶校验,有效密钥长度为56 bit。64 位一组的明文从算法的一端输入,64 位的密文从另一端输出。DES算法的加密和解密用的是同一算法,它的安全性依赖于所用的密钥。DES 对64位的明文分组进行操作,通过一个初始置换,将明文分组成左半部分和右半部分,各32位长。然后进行16轮完全相同的运算,这些运算被称为函数f,在运算过程中数据与密钥结合。经过16轮后,左、右半部分合在一起经过一个末置换(初始置换的逆置换),完成算法。在每一轮中,密钥位移位,然后再从密钥的56位中选出48位。通过一个扩展置换将数据的右半部分扩展成48位,并通过一个异或操作与48位密钥结合,通过8个s盒将这48位替代成新的32位数据,再将其置换一次。这些运算构成了函数f。然后,通过另一个异或运算,函数f输出与左半部分结合,其结果即成为新的右半部分, 原来的右半部分成为新的左半部分。将该操作重复16次,实现DES的16轮运算。
3 RSA算法
RSA算法使用两个密钥,一个公共密钥,一个私有密钥。如用其中一个加密,则可用另一个解密。密钥长度从40到2048 bit可变。加密时把明文分成块,块的大小可变,但不能超过密钥的长度,RSA算法把每一块明文转化为与密钥长度相同的密文块。密钥越长,加密效果越好,但加密解密的开销也大,所以要在安全与性能之间折衷考虑,一般64位是较合适的。RSA算法利用了陷门单向函数的一种可逆模指数运算,描述如下:(1)选择两个大素数p和q;(2)计算乘积n=pq和φ(n)=(p-1)(q-1);(3)选择大于1小于φ(n)的随机整数e,使得
gcd(e,φ(n))=1;(4)计算d使得de=1modφ(n);(5)对每一个密钥k=(n,p,q,d,e),定义加密变换为Ek(x)=xemodn,解密变换为Dk(y)=ydmodn,这里x,y∈Zn;(6)以{e,n}为公开密钥,{p,q,d}为私有密钥。
4 基于DES和RSA的混合密码系统
4.1 概述
混合密码系统充分利用了公钥密码和对称密码算法的优点,克服其缺点,解决了每次传送更新密钥的问题。发送者自动生成对称密钥,用对称密钥按照DES算法加密发送的信息,将生成的密文连同用接受方的公钥按照RSA算法加密后的对称密钥一起传送出去。收信者用其密钥按照RSA算法解密被加密的密钥来得到对称密钥,并用它来按照DES算法解密密文。
4.2 具体实现步骤
(1)发信方选择对称密钥K(一般为64位,目前可以达到192位)
(2)发信方加密消息:对明文按64位分组进行操作,通过一个初始置换,将明文分组成左半部分和右半部分。然后进行16轮完全相同的运算,最后,左、右半部分合在一起经过一个末置换(初始置换的逆置换),完成算法。在每一轮中,密钥位移位,然后再从密钥的56位中选出48位。通过一个扩展置换将数据的右半部分扩展成48位,并通过一个异或操作与48位密钥结合,通过8个S盒将这48位替代成新的32位数据,再将其置换一次。然后通过另一个异或运算,输出结果与左半部分结合,其结果即成为新的右半部分,原来的右半部分成为新的左半部分。如图3所示。
(3)收信方产生两个足够大的强质数p、q,计算n=p×q和z=(p-1)×(q-1),然后再选取一个与z互素的奇数e,从这个e值找出另一个值d,使之满足e×d=1 mod (z)条件。以两组数(n,e) 和 (n,d)分别作为公钥和私钥。收信方将公钥对外公开,从而收信方可以利用收信方的公钥对 (1)中产生的对称密钥的每一位x进行加密变换Ek(x)=xemodn;
(4)发信方将步骤(2)和(3)中得到的消息的密文和对称密钥的密文一起发送给收信方;
(5)收信方用(3)中得到的私钥来对对称密钥的每一位y进行解密变换Dk(y)=ydmodn,从而得到(1)中的K;
(6)收信方用对称密钥K和DES算法的逆步骤来对消息进行解密,具体步骤和(2)中恰好相反,也是有16轮迭代。
(7)既可以由收信方保留对称密钥K来进行下一次数据通信,也可以由收信方产生新的对称密钥,从而使K作废。
4.3 两点说明
4.3.1 用公钥算法加密密钥
在混合密码系统中,公开密钥算法不用来加密消息,而用来加密密钥,这样做有两个理由:第一,公钥算法比对称算法慢,对称算法一般比公钥算法快一千倍。计算机在大约15年后运行公开密钥密码算法的速度才能比得上现在计算机运行对称密码的速度。并且,随着带宽需求的增加,比公开密钥密码处理更快的加密数据要求越来越多。第二,公开密钥密码系统对选择明文攻击是脆弱的。密码分析者只需要加密所有可能的明文,将得到的所有密文与要破解的密文比较,这样,虽然它不可能恢复解密密钥,但它能够确定当前密文所对应的明文。
4.3.2 安全性分析
如果攻击者无论得到多少密文,都没有足够的信息去恢复明文,那么该密码系统就是无条件安全的。在理论上,只有一次一密的系统才能真正实现这一点。而在本文所讨论的混合密码系统中,发信方每次可以自由选择对称密钥来加密消息,然后用公钥算法来加密对称密钥,即用户可以采用一次一密的方式来进行数据通信,达到上述的无条件安全。
5 小结
基于DES和RSA的混合密码系统结合了公钥密码体制易于密钥分配的特点和对称密码体制易于计算、速度快的特点,为信息的安全传输提供了良好的、快捷的途径,使数据传输的密文被破解的几率大大降低,从而对数据传输的安全性形成更有力的保障,并且发信方和收信方对密钥的操作自由度得到了很大的发挥。
其实你只要再写个解密的过程看看加密完能不能还原回去就好了。。解密过程和加密过程基本一样,就是使用子密钥时的顺序是倒着的。
明文是 testdata,密钥是mydeskey 正确的des加密后二进制密文:1110001100001100101001110100000011101100110000110110101000100000
用base64编码形成的密文是:4wynQOzDaiA=
解密后:0111010001100101011100110111010001100100011000010111010001100001
DES加密算法是分组加密算法,明文以64位为单位分成块。64位数据在64位密钥的控制下,经过初始变换后,进行16轮加密迭代:64位数据被分成左右两半部分,每部分32位,密钥与右半部分相结合,然后再与左半部分相结合,结果作为新的右半部分;结合前的右半部分作为新的左半部分。这一系列步骤组成一轮。这种轮换要重复16次。最后一轮之后,再进行初始置换的逆置换,就得到了64位的密文。 DES的加密过程可分为加密处理,加密变换和子密钥生成几个部分组成。 1.加密处理过程 (1)初始变换。加密处理首先要对64位的明文按表1所示的初始换位表IP进行变换。表中的数值表示输入位被置换后的新位置。例如输入的第58位,在输出的时候被置换到第1位;输入的是第7位,在输出时被置换到第64位。 (2)加密处理。上述换位处理的输出,中间要经过16轮加密变换。初始换位的64位的输出作为下一次的输入,将64位分为左、右两个32位,分别记为L0和R0,从L0、R0到L16、R16,共进行16轮加密变换。其中,经过n轮处理后的点左右32位分别为Ln和Rn,则可做如下定义: Ln=Rn-1 Rn=Ln-1 其中,kn是向第n轮输入的48位的子密钥,Ln-1和Rn-1分别是第n-1轮的输出,f是Mangler函数。 (3)最后换位。进行16轮的加密变换之后,将L16和R16合成64位的数据,再按照表2所示的 最后换位表进行IP-1的换位,得到64位的密文,这就是DES算法加密的结果。 2.加密变换过程 通过重复某些位将32位的右半部分按照扩展表3扩展换位表扩展为48位,而56位的密钥先移位然后通过选择其中的某些位减少至48位,48位的右半部分通过异或操作和48位的密钥结合,并分成6位的8个分组,通过8个S-盒将这48位替代成新的32位数据,再将其置换一次。这些S-盒输入6位,输出4位。 一个S盒中具有4种替换表(行号用0、1、2、3表示),通过输入的6位的开头和末尾两位选定行,然后按选定的替换表将输入的6位的中间4位进行替代,例如:当向S1输入011011时,开头和结尾的组合是01,所以选中编号为1的替代表,根据中间4位1101,选定第13列,查找表中第1行第13列所示的值为5,即输出0101,这4位就是经过替代后的值。按此进行,输出32位,再按照表4 单纯换位表P进行变换,这样就完成了f(R,K)的变换 3.子密钥生成过程 钥通常表示为64位的自然数,首先通过压缩换位PC-1去掉每个字节的第8位,用作奇偶校验,因此,密钥去掉第8、16、24……64位减至56位,所以实际密钥长度为56位,而每轮要生成48位的子密钥。 输入的64位密钥,首先通过压缩换位得到56位的密钥,每层分成两部分,上部分28位为C0,下部分为D0。C0和D0依次进行循环左移操作生成了C1和D1,将C1和D1合成56位,再通过压缩换位PC-2输出48位的子密钥K1,再将C1和D1进行循环左移和PC-2压缩换位,得到子密钥K2......以此类推,得到16个子密钥。密钥压缩换位表如表6所示。在产生子密钥的过程中,L1、L2、L9、L16是循环左移1位,其余都是左移2位,左移次数如表7所示。 详细信息见
java加密字符串可以使用des加密算法,实例如下:
package test;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.security.*;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
/**
* 加密解密
*
* @author shy.qiu
* @since
*/
public class CryptTest {
/**
* 进行MD5加密
*
* @param info
* 要加密的信息
* @return String 加密后的字符串
*/
public String encryptToMD5(String info) {
byte[] digesta = null;
try {
// 得到一个md5的消息摘要
MessageDigest alga = MessageDigest.getInstance("MD5");
// 添加要进行计算摘要的信息
alga.update(info.getBytes());
// 得到该摘要
digesta = alga.digest();
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
// 将摘要转为字符串
String rs = byte2hex(digesta);
return rs;
}
/**
* 进行SHA加密
*
* @param info
* 要加密的信息
* @return String 加密后的字符串
*/
public String encryptToSHA(String info) {
byte[] digesta = null;
try {
// 得到一个SHA-1的消息摘要
MessageDigest alga = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
// 添加要进行计算摘要的信息
alga.update(info.getBytes());
// 得到该摘要
digesta = alga.digest();
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
// 将摘要转为字符串
String rs = byte2hex(digesta);
return rs;
}
// //////////////////////////////////////////////////////////////////////////
/**
* 创建密匙
*
* @param algorithm
* 加密算法,可用 DES,DESede,Blowfish
* @return SecretKey 秘密(对称)密钥
*/
public SecretKey createSecretKey(String algorithm) {
// 声明KeyGenerator对象
KeyGenerator keygen;
// 声明 密钥对象
SecretKey deskey = null;
try {
// 返回生成指定算法的秘密密钥的 KeyGenerator 对象
keygen = KeyGenerator.getInstance(algorithm);
// 生成一个密钥
deskey = keygen.generateKey();
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
// 返回密匙
return deskey;
}
/**
* 根据密匙进行DES加密
*
* @param key
* 密匙
* @param info
* 要加密的信息
* @return String 加密后的信息
*/
public String encryptToDES(SecretKey key, String info) {
// 定义 加密算法,可用 DES,DESede,Blowfish
String Algorithm = "DES";
// 加密随机数生成器 (RNG),(可以不写)
SecureRandom sr = new SecureRandom();
// 定义要生成的密文
byte[] cipherByte = null;
try {
// 得到加密/解密器
Cipher c1 = Cipher.getInstance(Algorithm);
// 用指定的密钥和模式初始化Cipher对象
// 参数:(ENCRYPT_MODE, DECRYPT_MODE, WRAP_MODE,UNWRAP_MODE)
c1.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, sr);
// 对要加密的内容进行编码处理,
cipherByte = c1.doFinal(info.getBytes());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
// 返回密文的十六进制形式
return byte2hex(cipherByte);
}
/**
* 根据密匙进行DES解密
*
* @param key
* 密匙
* @param sInfo
* 要解密的密文
* @return String 返回解密后信息
*/
public String decryptByDES(SecretKey key, String sInfo) {
// 定义 加密算法,
String Algorithm = "DES";
// 加密随机数生成器 (RNG)
SecureRandom sr = new SecureRandom();
byte[] cipherByte = null;
try {
// 得到加密/解密器
Cipher c1 = Cipher.getInstance(Algorithm);
// 用指定的密钥和模式初始化Cipher对象
c1.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, sr);
// 对要解密的内容进行编码处理
cipherByte = c1.doFinal(hex2byte(sInfo));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
// return byte2hex(cipherByte);
return new String(cipherByte);
}
// /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
/**
* 创建密匙组,并将公匙,私匙放入到指定文件中
*
* 默认放入mykeys.bat文件中
*/
public void createPairKey() {
try {
// 根据特定的算法一个密钥对生成器
KeyPairGenerator keygen = KeyPairGenerator.getInstance("DSA");
// 加密随机数生成器 (RNG)
SecureRandom random = new SecureRandom();
// 重新设置此随机对象的种子
random.setSeed(1000);
// 使用给定的随机源(和默认的参数集合)初始化确定密钥大小的密钥对生成器
keygen.initialize(512, random);// keygen.initialize(512);
// 生成密钥组
KeyPair keys = keygen.generateKeyPair();
// 得到公匙
PublicKey pubkey = keys.getPublic();
// 得到私匙
PrivateKey prikey = keys.getPrivate();
// 将公匙私匙写入到文件当中
doObjToFile("mykeys.bat", new Object[] { prikey, pubkey });
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 利用私匙对信息进行签名 把签名后的信息放入到指定的文件中
*
* @param info
* 要签名的信息
* @param signfile
* 存入的文件
*/
public void signToInfo(String info, String signfile) {
// 从文件当中读取私匙
PrivateKey myprikey = (PrivateKey) getObjFromFile("mykeys.bat", 1);
// 从文件中读取公匙
PublicKey mypubkey = (PublicKey) getObjFromFile("mykeys.bat", 2);
try {
// Signature 对象可用来生成和验证数字签名
Signature signet = Signature.getInstance("DSA");
// 初始化签署签名的私钥
signet.initSign(myprikey);
// 更新要由字节签名或验证的数据
signet.update(info.getBytes());
// 签署或验证所有更新字节的签名,返回签名
byte[] signed = signet.sign();
// 将数字签名,公匙,信息放入文件中
doObjToFile(signfile, new Object[] { signed, mypubkey, info });
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 读取数字签名文件 根据公匙,签名,信息验证信息的合法性
*
* @return true 验证成功 false 验证失败
*/
public boolean validateSign(String signfile) {
// 读取公匙
PublicKey mypubkey = (PublicKey) getObjFromFile(signfile, 2);
// 读取签名
byte[] signed = (byte[]) getObjFromFile(signfile, 1);
// 读取信息
String info = (String) getObjFromFile(signfile, 3);
try {
// 初始一个Signature对象,并用公钥和签名进行验证
Signature signetcheck = Signature.getInstance("DSA");
// 初始化验证签名的公钥
signetcheck.initVerify(mypubkey);
// 使用指定的 byte 数组更新要签名或验证的数据
signetcheck.update(info.getBytes());
System.out.println(info);
// 验证传入的签名
return signetcheck.verify(signed);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return false;
}
}
/**
* 将二进制转化为16进制字符串
*
* @param b
* 二进制字节数组
* @return String
*/
public String byte2hex(byte[] b) {
String hs = "";
String stmp = "";
for (int n = 0; n b.length; n++) {
stmp = (java.lang.Integer.toHexString(b[n] 0XFF));
if (stmp.length() == 1) {
hs = hs + "0" + stmp;
} else {
hs = hs + stmp;
}
}
return hs.toUpperCase();
}
/**
* 十六进制字符串转化为2进制
*
* @param hex
* @return
*/
public byte[] hex2byte(String hex) {
byte[] ret = new byte[8];
byte[] tmp = hex.getBytes();
for (int i = 0; i 8; i++) {
ret[i] = uniteBytes(tmp[i * 2], tmp[i * 2 + 1]);
}
return ret;
}
/**
* 将两个ASCII字符合成一个字节; 如:"EF"-- 0xEF
*
* @param src0
* byte
* @param src1
* byte
* @return byte
*/
public static byte uniteBytes(byte src0, byte src1) {
byte _b0 = Byte.decode("0x" + new String(new byte[] { src0 }))
.byteValue();
_b0 = (byte) (_b0 4);
byte _b1 = Byte.decode("0x" + new String(new byte[] { src1 }))
.byteValue();
byte ret = (byte) (_b0 ^ _b1);
return ret;
}
/**
* 将指定的对象写入指定的文件
*
* @param file
* 指定写入的文件
* @param objs
* 要写入的对象
*/
public void doObjToFile(String file, Object[] objs) {
ObjectOutputStream oos = null;
try {
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
oos = new ObjectOutputStream(fos);
for (int i = 0; i objs.length; i++) {
oos.writeObject(objs[i]);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
oos.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/**
* 返回在文件中指定位置的对象
*
* @param file
* 指定的文件
* @param i
* 从1开始
* @return
*/
public Object getObjFromFile(String file, int i) {
ObjectInputStream ois = null;
Object obj = null;
try {
FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
ois = new ObjectInputStream(fis);
for (int j = 0; j i; j++) {
obj = ois.readObject();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
ois.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return obj;
}
/**
* 测试
*
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
CryptTest jiami = new CryptTest();
// 执行MD5加密"Hello world!"
System.out.println("Hello经过MD5:" + jiami.encryptToMD5("Hello"));
// 生成一个DES算法的密匙
SecretKey key = jiami.createSecretKey("DES");
// 用密匙加密信息"Hello world!"
String str1 = jiami.encryptToDES(key, "Hello");
System.out.println("使用des加密信息Hello为:" + str1);
// 使用这个密匙解密
String str2 = jiami.decryptByDES(key, str1);
System.out.println("解密后为:" + str2);
// 创建公匙和私匙
jiami.createPairKey();
// 对Hello world!使用私匙进行签名
jiami.signToInfo("Hello", "mysign.bat");
// 利用公匙对签名进行验证。
if (jiami.validateSign("mysign.bat")) {
System.out.println("Success!");
} else {
System.out.println("Fail!");
}
}
}
DES (Data Encryption Standard)是分组对称密码算法。
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。
图2右半部分,给出了作用56比特密钥的过程。DES算法的加密密钥是64比特,但是由于密钥的第n*8(n=1,2…8)是校验(保证含有奇数个1),因此实际参与加密的的密钥只有 56比特 。开始时,密钥经过一个置换,然后经过循环左移和另一个置换分别得到子密钥ki,供每一轮的迭代加密使用。每轮的置换函数都一样,但是由于密钥位的重复迭代使得子密钥互不相同。
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算法详述:DES对64位明文分组(密钥56bit)进行操作。
1、 初始置换函数IP:64位明文分组x经过一个初始置换函数IP,产生64位的输出x0,再将分组x0分成左半部分L0和右半部分R0:即将输入的第58位换到第一位,第50位换到第2位,…,依次类推,最后一位是原来的第7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.其置换规则如表1所示。
DES加密过程最后的逆置换 IP^-1 ,是表1的 逆过程 。就是把原来的每一位都恢复过去,即把第1位的数据,放回到第58位,把第2位的数据,放回到第50位。
2、 获取子密钥 Ki :DES加密算法的密钥长度为56位,一般表示为64位(每个第8位用于奇偶校验),将用户提供的64位初始密钥经过一系列的处理得到K1,K2,…,K16,分别作为 1~16 轮运算的 16个子密钥 。
(1). 将64位密钥去掉8个校验位,用密钥置换 PC-1 (表2)置换剩下的56位密钥;
(2). 将56位分成前28位C0和后28位D0,即 PC-1(K56)=C0D0 ;
(3). 根据轮数,这两部分分别循环左移1位或2位,表3:
(4). 移动后,将两部分合并成56位后通过压缩置换PC-2(表4)后得到48位子密钥,即Ki=PC-2(CiDi).
子密钥产生如图2所示:
3、 密码函数F(非线性的)
(1). 函数F的操作步骤:密码函数F 的输入是32比特数据和48比特的子密钥:
A.扩展置换(E):将数据的右半部分Ri从32位扩展为48位。位选择函数(也称E盒),如表5所示:
B.异或:扩展后的48位输出E(Ri)与压缩后的48位密钥Ki作异或运算;
C.S盒替代:将异或得到的48位结果分成八个6位的块,每一块通过对应的一个S盒产生一个4位的输出。
(2)、D、P盒置换:将八个S盒的输出连在一起生成一个32位的输出,输出结果再通过置换P产生一个32位的输出即:F(Ri,Ki),F(Ri,Ki)算法描述如图3,最后,将P盒置换的结果与最初的64位分组的左半部分异或,然后,左、右半部分交换,开始下一轮计算。
4、密文输出:经过16次迭代运算后,得到L16、R16,将此作为输入,进行逆置换,即得到密文输出。逆置换正好是初始置的逆运算。例如,第1位经过初始置换后,处于第40位,而通过逆置换,又将第40位换回到第1位,其逆置换规则如表8所示:
图4为DES算法加密原理图:
DES算法加密和解密过程采用相同的算法,并采用相同的加密密钥和解密密钥,两者的区别是:(1)、DES加密是从L0、R0到L15、R15进行变换,而解密时是从L15、R15到L0、R0进行变换的;(2)、加密时各轮的加密密钥为K0K1…K15,而解密时各轮的解密密钥为K15K14…K0;(3)、加密时密钥循环左移,解密时密钥循环右移。
DES加密过程分析:
(1)、首先要生成64位密钥,这64位的密钥经过“子密钥算法”换转后,将得到总共16个子密钥。将这些子密钥标识为Kn(n=1,2,…,16)。这些子密钥主要用于总共十六次的加密迭代过程中的加密工具。
(2)、其次要将明文信息按64位数据格式为一组,对所有明文信息进行分组处理。每一段的64位明文都要经过初试置换IP,置换的目的是将数据信息全部打乱重排。然后将打乱的数据分为左右两块,左边一块共32位为一组,标识为L0;右边一块也是32位为一组,标识为R0.
(3)、置换后的数据块总共要进行总共十六次的加密迭代过程。加密迭代主要由加密函数f来实现。首先使用子密钥K1对右边32位的R0进行加密处理,得到的结果也是32位的;然后再将这个32位的结果数据与左边32位的L0进行模2处理,从而再次得到一个32位的数据组。我们将最终得到的这个32位组数据,作为第二次加密迭代的L1,往后的每一次迭代过程都与上述过程相同。
(4)、在结束了最后一轮加密迭代之后,会产生一个64位的数据信息组,然后我们将这个64位数据信息组按原有的数据排列顺序平均分为左右两等分,然后将左右两等分的部分进行位置调换,即原来左等分的数据整体位移至右侧,而原来右等分的数据则整体位移至左侧,这样经过合并后的数据将再次经过逆初始置换IP^-1的计算,我们最终将得到一组64位的密文。
DES解密过程分析:DES的解密过程与它的加密过程是一样的,这是由于DES算法本身属于对称密码体制算法,其加密和解密的过程可以共用同一个过程和运算。
DES加密函数f:在DES算法中,要将64位的明文顺利加密输出成64位的密文,而完成这项任务的核心部分就是加密函数f。加密函数f的主要作用是在第m次的加密迭代中使用子密钥Km对Km-1进行加密操作。加密函数f在加密过程中总共需要运行16轮。
十六轮迭代算法:它先将经过置换后的明文分成两组,每组32位;同时密钥也被分成了两组,每组28位,两组密钥经过运算,再联合成一个48位的密钥,参与到明文加密的运算当中。S盒子,它由8个4*16的矩阵构成,每一行放着0到15的数据,顺序各个不同,是由IBM公司设计好的。经过异或运算的明文,是一个48位的数据,在送入到S盒子的时候,被分成了8份,每份6位,每一份经过一个S盒子,经过运算后输出为4位,即是一个0到15的数字的二进制表示形式。具体运算过程为,将输入的6位中的第1位为第6位合并成一个二进制数,表示行号,其余4位也合并成一个二进制数,表示列号。在当前S盒子中,以这个行号和列号为准,取出相应的数,并以二进制的形式表示,输出,即得到4位的输出,8个S盒子共计32位。
DES算法优缺点:
(1)、产生密钥简单,但密钥必须高度保密,因而难以做到一次一密;
(2)、DES的安全性依赖于密钥的保密。攻击破解DES算法的一个主要方法是通过密钥搜索,使用运算速度非常高的计算机通过排列组合枚举的方式不断尝试各种可能的密钥,直到破解为止。一般,DES算法使用56位长的密钥,通过简单计算可知所有可能的密钥数量最多是2^56个。随着巨型计算机运算速度的不断提高,DES算法的安全性也将随之下降,然而在一般的民用商业场合,DES的安全性仍是足够可信赖的。
(3)、DES算法加密解密速度比较快,密钥比较短,加密效率很高但通信双方都要保持密钥的秘密性,为了安全还需要经常更换DES密钥。
参考链接 :
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