DES算法和原理

Feistal框架是DES的主体，DES是在其基础上搞出来的具体应用。

关于Feistal框架部分不再赘述，了解的可跳过，不了解的跳转↓做好预习 https://blog.csdn.net/weixin_43289702/article/details/108913996

本文包括：DES结构，轮函数的计算，子密钥产生，和它们的原理。 . .

一、DES结构

DES特点

不求可逆非线性扩散性混乱性雪崩位独立

不墨迹了，直接看F和密钥的细节。

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二、轮函数F

结构如图

具体步骤

1、64位的明文分组，拆成32位的左右两部分。L_i=R_i-1不做变动；R_i-1进入轮函数F，经过运算后生成R_i。

2、E-box扩展：从32位扩展至48位。填充方法如图，将原文每4个位一行排列。比如第二行5 6 7 8，那么在5前面填充第4位，在8后面填充第9位。

3、已经扩充到48位，下一步就拿它们跟48位的密钥XOR（后面会说48位的密钥怎么来的）。

4、S-box：把48位长度的数据变回32位。一个S盒负责将6位数据变成4位，所以48/6=8，我们一共需要8个S盒。

S盒是安全的关键，唯一的非线性部分。

8个S盒的工作原理是一样的，这里以S2盒为例：第7位和第12位作为Outer bits输入，第8位—第11位作为middle 4 bits of input输入，最终产生4位数据，即是输出数据的第5位—第8位。

那么 S盒是怎么把6位数据变成4位的呢？很简单，查表。下图是S5盒的表

【补充】每个S盒的表格，都是固定的，并非使用时随机生成，或开发人员随便填写。细心对比可以发现，输入中任1比特的变化，都会最少引起输出中2比特的变化。 （其实这是当年美国IBM公司的大佬精心设计的，目的为了提高扩散性和混乱性。不过美国并未公布具体的设计原理，只告诉了大家成果） 对其余S盒有兴趣的可以去查 百度百科词条_S盒。

5、P-box：再将32比特的数据置换，此处是为了再次加强扩散性。

P盒的特点：

各输出块的4个比特必须来自不同输入块各输入块的4个比特必须分配到不同的输出块第n个输出块中不能包含第n个输入块的数据

6、输出，一次迭代中的轮函数至此结束。 . . . .

三、子密钥

密钥表面上有64比特，实际只有56比特，每7比特是1bit校验和。如图

1、初试密钥经过第一次置换，拆成C、D左右两部分（各自28比特）。 2、C、D分别独立的进行第一次循环左移。 3、将2的结果组合（56比特），进行第二次置换（48比特） 4、输出K₁（48比特） 5、继续进行2，3步骤 6、输出K₂ … … 7、输出K₁₆

C和D每次循环左移 要移多少位呢？还是查表 ╮(╯▽╰)╭

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后话

差分分析是第一个公开的能对 DES 在小于 2⁵⁵复杂度情况下攻击成功的方法。它表明，若有 2⁴⁷个选择明文，用差分分析就可以在 2⁴⁷次加密运算内成功攻击 DES。尽 尽管差分分析是一个强有力的密码攻击方法，但它对 DES 并不十分奏效。

另一个密码分析方法是线性分析，这种方法只需知道 2⁴³ 个明文就可以找出 DES 的密钥，而用差分分析则需知道 2⁴⁷ 个选择明文。尽管获取明文比获取选择明文容易得多，但是这只是一个小的改进，线性密码分析对于攻击 DES 还是不可行的。 . .

全文结束，加密过程的重中之重是S盒。

最后附上DES完整流程图。

. . . . 部分图片素材截取自网上信息安全课程的PPT，感谢任教老师，自己做了适当调整，如有错误和不足，欢迎指出。

. . 考研阶段，边学边写边复习，编辑器用的不熟 . . . . .