[摘要] 本文詳細介紹了DES數據加密算法的原理,並給出了一個例子演示了如何使用c#中的加密包進行DES算法加密,最後對DES進行了評價。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202130.htm[關鍵詞] 加密 對稱 非對稱 DES 密鑰 明文 密文
從最初的保密通信發展到目前的網絡信息加密,信息加密技術一直伴隨著信息技術的發展而發展。作為計算機信息保護的最實用和最可靠的方法,信息加密技術被廣泛應用到信息安全的各個領域。信息加密技術是一門涉及數學、密碼學和計算機的交叉學科。現代密碼學的發展,使信息加密技術已經不再依賴於對加密算法本身的保密,而是通過在統計學意義上提高破解的成本來提供高加密算法的安全性。
密碼學是一門古老而又年輕的科學,它用於保護軍事和外交通信,可追溯到幾千年前。1976年Diffie和Hellman的「密碼學的新方向」一文引發的密碼學的一場革命,開創了公鑰密碼學的新紀元。
常用加密算法主要用來對敏感數據、摘要、籤名等信息進行加密。按照密鑰方式劃分,可分為對稱加密算法和非對稱加密算法。
一、對稱加密算法
對稱加密算法有時又叫做傳統密碼算法,加密密鑰可以從解密密鑰中推導出來,解密密鑰也可以從加密密鑰中推導出來。在大多數的對稱算法中,加密密鑰和解密密鑰是相同的,因此也成為秘密密鑰算法或者單密鑰算法。它要求發送發和接收方在安全通信之前先商定一個密鑰。對稱算法的安全性依賴於密鑰,所以密鑰的保密性對通信至關重要。對稱加密算法主要有分組加密和流加密兩類。分組加密是指將明文分成固定商都的組,用同一密鑰分別對每一組加密,輸出固定長度的密文,典型代表:DES、3DES、IDEA。
二、非對稱加密算法
非對稱加密算法有時又叫做公開密鑰算法。其中用到兩個密鑰。一個是公共的,一個事私有的。一個密鑰用於加密,另一個密鑰用於解密。兩個密鑰不能夠互相推導。常用的非對稱加密算法有RSA公鑰算法、Diffie-Hellman算法和ECC橢圓曲線密碼。
我們詳細分析一下DES加密算法的處理過程。
DES加密算法是分組加密算法,明文以64位為單位分成塊。64位數據在64位密鑰的控制下,經過初始變換後,進行16輪加密迭代:64位數據被分成左右兩半部分,每部分32位,密鑰與右半部分相結合,然後再與左半部分相結合,結果作為新的右半部分;結合前的右半部分作為新的左半部分。這一系列步驟組成一輪。這種輪換要重複16次。最後一輪之後,再進行初始置換的逆置換,就得到了64位的密文。
DES的加密過程可分為加密處理,加密變換和子密鑰生成幾個部分組成。
1.加密處理過程
(1)初始變換。加密處理首先要對64位的明文按表1所示的初始換位表IP進行變換。表中的數值表示輸入位被置換後的新位置。例如輸入的第58位,在輸出的時候被置換到第1位;輸入的是第7位,在輸出時被置換到第64位。
(2)加密處理。上述換位處理的輸出,中間要經過16輪加密變換。初始換位的64位的輸出作為下一次的輸入,將64位分為左、右兩個32位,分別記為L0和R0,從L0、R0到L16、R16,共進行16輪加密變換。其中,經過n輪處理後的點左右32位分別為Ln和Rn,則可做如下定義
其中,kn是向第n輪輸入的48位的子密鑰,Ln-1和Rn-1分別是第n-1輪的輸出,f是Mangler函數。
(3)最後換位。進行16輪的加密變換之後,將L16和R16合成64位的數據,再按照表2所示的
最後換位表進行IP-1的換位,得到64位的密文,這就是DES算法加密的結果。
2.加密變換過程
通過重複某些位將32位的右半部分按照擴展表3擴展換位表擴展為48位,而56位的密鑰先移位然後通過選擇其中的某些位減少至48位,48位的右半部分通過異或操作和48位的密鑰結合,並分成6位的8個分組,通過8個S-盒將這48位替代成新的32位數據,再將其置換一次。這些S-盒輸入6位,輸出4位。S盒如表5所示。
一個S盒中具有4種替換表(行號用0、1、2、3表示),通過輸入的6位的開頭和末尾兩位選定行,然後按選定的替換表將輸入的6位的中間4位進行替代,例如:當向S1輸入011011時,開頭和結尾的組合是01,所以選中編號為1的替代表,根據中間4位1101,選定第13列,查找表中第1行第13列所示的值為5,即輸出0101,這4位就是經過替代後的值。按此進行,輸出32位,再按照表4 單純換位表P進行變換,這樣就完成了f(R,K)的變換,如圖2所示。
3.子密鑰生成過程
鑰通常表示為64位的自然數,首先通過壓縮換位PC-1去掉每個字節的第8位,用作奇偶校驗,因此,密鑰去掉第8、16、24……64位減至56位,所以實際密鑰長度為56位,而每輪要生成48位的子密鑰。
輸入的64位密鑰,首先通過壓縮換位得到56位的密鑰,每層分成兩部分,上部分28位為C0,下部分為D0。C0和D0依次進行循環左移操作生成了C1和D1,將C1和D1合成56位,再通過壓縮換位PC-2輸出48位的子密鑰K1,再將C1和D1進行循環左移和PC-2壓縮換位,得到子密鑰K2......以此類推,得到16個子密鑰。密鑰壓縮換位表如表6所示。在產生子密鑰的過程中,L1、L2、L9、L16是循環左移1位,其餘都是左移2位,左移次數如表7所示。
4.解密處理過程
從密文到明文的解密過程可採用與加密完全相同的算法。不過解密要用加密的逆變換,就是把上面的最後換位表和初始換位表完全倒過來變換。這裡不再贅述。
下面這個例子中演示了如何使用c#中的加密包進行DES算法加密,大家可以藉助這個例子一窺DES加密的用法。
des_demo.cs代碼如下
using System;
using System.Security.Cryptography;
using System.IO;
using System.Text;
public class EncryptStringDES {
public static void Main(String[] args) {
if (args.Length 1) {
Console.WriteLine(Usage: des_demo
encrypt, args[0]);
return;
}
// 使用UTF8函數加密輸入參數
UTF8Encoding utf8Encoding = new UTF8Encoding();
byte[] inputByteArray = utf8Encoding.GetBytes(args