数据加密中的ＤＥＳ加密算法详解

　　[摘要] 本文详细介绍了DES数据加密算法的原理,并给出了一个例子演示了如何使用c#中的加密包进行DES算法加密,最后对DES进行了评价。
　　[关键词] 加密 对称 非对称 DES 密钥 明文 密文
　　
　　从最初的保密通信发展到目前的网络信息加密,信息加密技术一直伴随着信息技术的发展而发展。作为计算机信息保护的最实用和最可靠的方法,信息加密技术被广泛应用到信息安全的各个领域。信息加密技术是一门涉及数学、密码学和计算机的交叉学科。现代密码学的发展,使信息加密技术已经不再依赖于对加密算法本身的保密,而是通过在统计学意义上提高破解的成本来提供高加密算法的安全性。
　　密码学是一门古老而又年轻的科学,它用于保护军事和外交通信,可追溯到几千年前。1976年Diffie和Hellman的“密码学的新方向”一文引发的密码学的一场革命,开创了公钥密码学的新纪元。
　　常用加密算法主要用来对敏感数据、摘要、签名等信息进行加密。按照密钥方式划分,可分为对称加密算法和非对称加密算法。
　　
　　一、对称加密算法
　　
　　 对称加密算法有时又叫做传统密码算法,加密密钥可以从解密密钥中推导出来,解密密钥也可以从加密密钥中推导出来。在大多数的对称算法中,加密密钥和解密密钥是相同的,因此也成为秘密密钥算法或者单密钥算法。它要求发送发和接收方在安全通信之前先商定一个密钥。对称算法的安全性依赖于密钥,所以密钥的保密性对通信至关重要。对称加密算法主要有分组加密和流加密两类。分组加密是指将明文分成固定商都的组,用同一密钥分别对每一组加密,输出固定长度的密文,典型代表:DES、3DES、IDEA。
　　
　　二、非对称加密算法
　　
　　非对称加密算法有时又叫做公开密钥算法。其中用到两个密钥。一个是公共的,一个事私有的。一个密钥用于加密,另一个密钥用于解密。两个密钥不能够互相推导。常用的非对称加密算法有RSA公钥算法、Diffie-Hellman算法和ECC椭圆曲线密码。
　　我们详细分析一下DES加密算法的处理过程。
　　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。S盒如表5所示。