三個文件:
一:skey_DES.java
//對稱秘鑰生成及對象化保存
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
public class Skey_DES
{
public static void main(String args[])throws Exception
{
KeyGenerator kg=KeyGenerator.getInstance("DESede");
kg.init(168);
SecretKey k=kg.generateKey();
FileOutputStream f=new FileOutputStream("key1.txt");
ObjectOutputStream b= new ObjectOutputStream(f);
b.writeObject(k);
}
};
二:SEnc.java
//對稱秘鑰加密,使用位元組碼
import java.io.*;
import java.security.*;
import javax.crypto.*;
public class SEnc
{
public static void main(String args[]) throws Exception
{
String s="";
FileInputStream f=new FileInputStream("key1.txt");
ObjectInputStream b=new ObjectInputStream(f);
Key k=(Key)b.readObject();
Cipher cp=Cipher.getInstance("DESede");
cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,k);
byte ptext[]=s.getBytes("UTF8");
for(int i=0;i<ptext.length;i++)
{
System.out.print(ptext[i]+",");
}
System.out.println("");
byte ctext[]=cp.doFinal(ptext);
for(int i=0;i<ctext.length;i++)
{
System.out.print(ctext[i]+",");
}
FileOutputStream f2=new FileOutputStream("SEnc.txt");
f2.write(ctext);
}
};
三:SDec.java
//使用對稱秘鑰解密
import java.io.*;
import java.security.*;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
public class SDec
{
public static void main(String args[])throws Exception
{
FileInputStream f=new FileInputStream("SEnc.txt");
int num=f.available();
byte[] ctext=new byte[num];
f.read(ctext);
FileInputStream f2=new FileInputStream("key1.txt");
ObjectInputStream b=new ObjectInputStream(f2);
Key k=(Key)b.readObject();
Cipher cp=Cipher.getInstance("DESede");
cp.init(Cipher.DECRYPT_MODE,k);
byte[] ptext=cp.doFinal(ctext);
String p=new String(ptext,"UTF8");
System.out.println(p);
}
};
❷ DES加密演算法C語言實現
/*********************************************************************/
/*-文件名:des.h */
/*- */
/*-功能: 實現DES加密演算法的加密解密功能 */
/*********************************************************************/
typedef int INT32;
typedef char INT8;
typedef unsigned char ULONG8;
typedef unsigned short ULONG16;
typedef unsigned long ULONG32;
/*如果採用c++編譯器的話採用如下宏定義
#define DllExport extern "C" __declspec(dllexport)
*/
#define DllExport __declspec(dllexport)
/*加密介面函數*/
DllExport INT32 DdesN(ULONG8 *data, ULONG8 **key, ULONG32 n_key,ULONG32 readlen);
DllExport INT32 desN(ULONG8 *data, ULONG8 **key, ULONG32 n_key,ULONG32 readlen);
DllExport INT32 des3(ULONG8 *data, ULONG8 *key,ULONG32 n ,ULONG32 readlen);
DllExport INT32 Ddes3(ULONG8 *data,ULONG8 *key,ULONG32 n ,ULONG32 readlen);
DllExport INT32 des(ULONG8 *data, ULONG8 *key,INT32 readlen);
DllExport INT32 Ddes(ULONG8 *data,ULONG8 *key,INT32 readlen);
*********************************************************************/
/*-文件名:des.c */
/*- */
/*-功能: 實現DES加密演算法的加密解密功能 */
//*********************************************************************/
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <memory.h>
#include <malloc.h>
#include "des.h"
#define SUCCESS 0
#define FAIL -1
#define READFILESIZE 512
#define WZ_COMMEND_NUM 4
#define WZUSEHELPNUM 19
#define DESONE 1
#define DESTHREE 2
#define DESMULTI 3
INT8 *WZ_Commend_Help[] =
{
"基於DES的加密解密工具v1.0 ",/*0*/
"追求卓越,勇於創新 ",
"----著者 : 吳真--- ",
" "
};
INT8 *WZ_USE_HELP[]={
"輸入5+n個參數:",
"\t1.可執行文件名 *.exe",
"\t2.操作類型 1:一層加密;2:一層解密;",
"\t\t13:N層單密鑰加密;23:N層單密鑰解密;",
"\t\t39:N層多密鑰加密;49:N層多密鑰解密",
"\t3.讀出數據的文件名*.txt",
"\t4.寫入數據的文件名*.txt",
"\t5.密鑰(8位元組例如:wuzhen12)",
"\t[6].N層單密鑰的層數或者...二層加密|解密密鑰",
"\t[7].三層加密|解密密鑰",
"\t[8]. ...",
"\t[N].N層加密|解密密鑰",
"\t 例1: des 1 1.txt 2.txt 12345678",
"\t : des 2 2.txt 3.txt 12345678",
"\t 例2: des 13 1.txt 2.txt tiantian 5",
"\t : des 23 2.txt 3.txt tiantian 5",
"\t 例3: des 39 1.txt 2.txt 12345678 tiantian gaoxinma",
"\t : des 49 2.txt 3.txt 12345678 tiantian gaoxinma",
"******************************"
};
INT32 hextofile( ULONG8 *buf ,FILE *writefile, ULONG32 length);/*以16進制寫入文件*/
INT32 encodehex(ULONG8 *tobuf,ULONG8 *frombuf,ULONG32 len);/*16進制解碼*/
INT32 file_enc(FILE *readfile,FILE *writefile,
ULONG8 *key,ULONG32 keynum,
ULONG8 **superkey,ULONG32 n_superkey,
ULONG8 flag);
INT32 file_dec(FILE *readfile,FILE *writefile,
ULONG8 *key,ULONG32 keynum,
ULONG8 **superkey,ULONG32 n_superkey,
ULONG8 flag);
void wz_print_help();
INT32 main(INT32 argc,INT8 *argv[])
{
INT8 *FILENAME1,*FILENAME2;
FILE *fp, *fp2;
ULONG8 *key ;
ULONG8 **superkey ;/*n層加密解密密鑰*/
ULONG8 n_superkey ;
ULONG32 num;
if ( argc >= 5 && (atoi(argv[1]) == 39 || atoi(argv[1]) == 49 ) )
{
n_superkey = argc - 4 ;
superkey = ( INT8 **)calloc(1, n_superkey*sizeof( void *) ) ;
for ( num = 0 ; num < n_superkey ; num++)
{
superkey[num] = argv[4+num] ;
}
}
else if ( argc == 6 && (atoi(argv[1]) == 13 || atoi(argv[1]) == 23 ) && (atoi(argv[5])) > 0)
{
}
else if ( argc == 5 && ( atoi(argv[1]) == 1 || atoi(argv[1]) == 2 ))
{
}
else
{
wz_print_help();
return FAIL;
}
FILENAME1 = argv[2];
FILENAME2 = argv[3];
if ((fp= fopen(FILENAME1,"rb")) == NULL || (fp2 = fopen(FILENAME2,"wb"))==NULL)
{
printf("Can't open file\n");
return FAIL;
}
key = argv[4] ;
switch( atoi(argv[1] ))
{
case 1: /*加密*/
file_enc(fp,fp2,key,0, NULL,0, DESONE);
printf("\n \tDES 一層加密完畢,密文存於%s文件\n",FILENAME2);
break;
case 2:
file_dec(fp,fp2,key,0, NULL, 0,DESONE);
printf("\n \tDES 一層解密完畢,密文存於%s文件\n",FILENAME2);
break;
case 13:
file_enc(fp,fp2,key,atoi(argv[5]),NULL,0,DESTHREE);
printf("\n \tDES %u層單密鑰加密完畢,密文存於%s文件\n",atoi(argv[5]),FILENAME2);
break;
case 23:
file_dec(fp,fp2,key,atoi(argv[5]),NULL,0,DESTHREE);
printf("\n \tDES %u層單密鑰解密完畢,密文存於%s文件\n",atoi(argv[5]),FILENAME2);
break;
case 39:
file_enc(fp,fp2,NULL,0,superkey,n_superkey,DESMULTI);
printf("\n \tDES 多密鑰加密完畢,密文存於%s文件\n",FILENAME2);
free(superkey);
superkey = NULL;
break;
case 49:
file_dec(fp,fp2,NULL,0,superkey,n_superkey,DESMULTI);
printf("\n \tDES 多密鑰加密完畢,密文存於%s文件\n",FILENAME2);
free(superkey);
superkey = NULL;
break;
default:
printf("請選擇是加密|解密 plese choose encrypt|deencrypt\n");
break;
}
fclose(fp);
fclose(fp2);
return SUCCESS;
}
void wz_print_help()
{
INT32 i ;
printf("\t");
for ( i = 0 ; i < 22 ; i++)
{
printf("%c ",5);
}
printf("\n");
for( i = 0 ; i < WZ_COMMEND_NUM ; i++)
{
printf("\t%c\t%s %c\n",5,WZ_Commend_Help[i],5);
}
printf("\t");
for ( i = 0 ; i < 22 ; i++)
{
printf("%c ",5);
}
printf("\n");
for( i = 0 ; i < WZUSEHELPNUM ; i++)
{
printf("\t%s\n",WZ_USE_HELP[i]);
}
return ;
}
INT32 file_enc(FILE *readfile,FILE *writefile,
ULONG8 *key,ULONG32 keynum,
ULONG8 **superkey,ULONG32 n_superkey,
ULONG8 flag)
{
INT32 filelen = 0,readlen = 0,writelen = 0;
ULONG32 totalfilelen = 0 ;/*統計實際的文件的長度*/
ULONG8 readbuf[READFILESIZE] = { 0 };
filelen = fread( readbuf, sizeof( INT8 ), READFILESIZE, readfile );
while( filelen == READFILESIZE )
{
totalfilelen += READFILESIZE;
switch(flag)
{
case DESONE:
des( readbuf,key,READFILESIZE);
break;
case DESTHREE:
des3( readbuf, key ,keynum,READFILESIZE);
break;
case DESMULTI:
desN( readbuf, superkey ,n_superkey,READFILESIZE);
break;
}
hextofile( readbuf, writefile, READFILESIZE );/*以16進制形式寫入文件*/
memset(readbuf,0,READFILESIZE);
filelen = fread( readbuf, sizeof( INT8 ), READFILESIZE, readfile );
}
/*這是從文件中讀出的最後一批數據,長度可能會等於0,所以要先判斷*/
if ( filelen > 0 )
{
/*如果從文件中讀出的長度不等於0,那麼肯定有8個位元組以上的空間
文件長度存在最後8個位元組中*/
totalfilelen += filelen;
memcpy( &readbuf[READFILESIZE-8], (ULONG8*)&totalfilelen,4);
switch(flag)
{
case DESONE:
des( readbuf,key,READFILESIZE);
break;
case DESTHREE:
des3( readbuf, key ,keynum,READFILESIZE);
break;
case DESMULTI:
desN( readbuf, superkey ,n_superkey,READFILESIZE);
break;
}
hextofile( readbuf, writefile,READFILESIZE );/*以16進制形式寫入文件*/
memset(readbuf,0 ,READFILESIZE);
}
else /*filelen == 0*/
{
memcpy( &readbuf[0], (ULONG8*)&totalfilelen,4);
switch(flag)
{
case DESONE:
des( readbuf,key,8);
break;
case DESTHREE:
des3( readbuf, key ,keynum,8);
break;
case DESMULTI:
desN( readbuf, superkey ,n_superkey,8);
break;
}
hextofile( readbuf, writefile, 8);/*以16進制形式寫入文件*/
}
return SUCCESS;
}
INT32 file_dec(FILE *readfile,FILE *writefile,
ULONG8 *key,ULONG32 keynum,
ULONG8 **superkey,ULONG32 n_superkey,
ULONG8 flag)
{
INT32 filelen = 0,readlen = 0,writelen = 0;
ULONG32 totalfilelen = 0 ;/*統計實際的文件的長度*/
INT32 num = 0;
ULONG8 readbuf[READFILESIZE] = { 0 };
ULONG8 sendbuf[READFILESIZE*2] = { 0 };
fseek(readfile,-16,SEEK_END);/*最後16個位元組的表示文件長度的空間*/
filelen = fread( sendbuf, sizeof( INT8 ), 16, readfile );
encodehex( readbuf,sendbuf,8);
switch(flag)
{
case DESONE:
Ddes( readbuf,key,8);
break;
case DESTHREE:
Ddes3( readbuf, key ,keynum,8);
break;
case DESMULTI:
DdesN( readbuf, superkey ,n_superkey,8);
break;
}
/*解密*/
memcpy((ULONG8*)&totalfilelen, &readbuf[0],4);/*得到文件總長*/
memset(readbuf,0 ,8);
memset(sendbuf,0 ,16);
num = totalfilelen/READFILESIZE;/*有幾個READFILESIZE組*/
totalfilelen %= READFILESIZE;
fseek(readfile,0,SEEK_SET);/*跳到文件頭*/
while(num--)
{
filelen = fread( sendbuf, sizeof( INT8 ), READFILESIZE*2, readfile );
encodehex( readbuf,sendbuf,READFILESIZE);
switch(flag)
{
case DESONE:
Ddes( readbuf,key,READFILESIZE);
break;
case DESTHREE:
Ddes3( readbuf, key ,keynum,READFILESIZE);
break;
case DESMULTI:
DdesN( readbuf, superkey ,n_superkey,READFILESIZE);
break;
}
writelen = fwrite(readbuf, sizeof( INT8 ), READFILESIZE, writefile);
memset(readbuf,0 ,READFILESIZE);
memset(sendbuf,0 ,READFILESIZE*2);
}
if ( totalfilelen > 0 )/*最後一塊有多餘的元素*/
{
filelen = fread( sendbuf, sizeof( INT8 ), READFILESIZE*2, readfile );
encodehex( readbuf,sendbuf,READFILESIZE);
switch(flag)
{
case DESONE:
Ddes( readbuf,key,READFILESIZE);
break;
case DESTHREE:
Ddes3( readbuf, key ,keynum,READFILESIZE);
break;
case DESMULTI:
DdesN( readbuf, superkey ,n_superkey,READFILESIZE);
break;
}
writelen = fwrite(readbuf, sizeof( INT8 ), totalfilelen, writefile);
memset(readbuf,0 ,READFILESIZE);
memset(sendbuf,0 ,READFILESIZE*2);
}
return SUCCESS;
}
INT32 hextofile( ULONG8 *buf ,FILE *writefile, ULONG32 length)
{
ULONG32 writelen = 0 ;
/*以16進制形式寫入文件*/
while( writelen < length)
{
if(buf[writelen] == 0)
{
fprintf( writefile, "%x", 0 );
fprintf( writefile, "%x", 0 );
}
else if (buf[writelen] < 0x10)
{
fprintf( writefile, "%x", 0 );
fprintf( writefile, "%x", buf[writelen] );
}
else
{
fprintf( writefile, "%x", buf[writelen] );
}
writelen++;
}
return SUCCESS;
}
INT32 encodehex(ULONG8 *tobuf,ULONG8 *frombuf,ULONG32 len)
{
ULONG8 *readfirst = frombuf ;
ULONG8 *readend = &frombuf[1] ;
INT8 *s;
ULONG8 y[2] ;
ULONG32 i;
for ( i = 0 ; i < len ; i++)
{
y[0] = *readfirst ;
y[1] = *readend ;
readfirst += 2 ;
readend += 2 ;
tobuf[i] = (ULONG8)strtol((INT8*)y, &s, 16);
}
return SUCCESS;
}
❸ des加密演算法
des加密演算法如下:
一、DES加密演算法簡介
DES(Data Encryption Standard)是目前最為流行的加密演算法之一。DES是對稱的,也就是說它使用同一個密鑰來加密和解密數據。
DES還是一種分組加密演算法,該演算法每次處理固定長度的數據段,稱之為分組。DES分組的大小是64位,如果加密的數據長度不是64位的倍數,可以按照某種具體的規則來填充位。
從本質上來說,DES的安全性依賴於虛假表象,從密碼學的術語來講就是依賴於「混亂和擴散」的原則。混亂的目的是為隱藏任何明文同密文、或者密鑰之間的關系,而擴散的目的是使明文中的有效位和密鑰一起組成盡可能多的密文。兩者結合到一起就使得安全性變得相對較高。
DES演算法具體通過對明文進行一系列的排列和替換操作來將其加密。過程的關鍵就是從給定的初始密鑰中得到16個子密鑰的函數。要加密一組明文,每個子密鑰按照順序(1-16)以一系列的位操作施加於數據上,每個子密鑰一次,一共重復16次。每一次迭代稱之為一輪。要對密文進行解密可以採用同樣的步驟,只是子密鑰是按照逆向的順序(16-1)對密文進行處理。
❹ DES加密演算法C語言實現
#include<iostream.h>
class SubKey{ //定義子密鑰為一個類
public:
int key[8][6];
}subkey[16]; //定義子密鑰對象數組
class DES{
int encipher_decipher; //判斷加密還是解密
int key_in[8][8]; //用戶原始輸入的64位二進制數
int key_out[8][7]; //除去每行的最後一位校驗位
int c0_d0[8][7]; //存儲經PC-1轉換後的56位數據
int c0[4][7],d0[4][7]; //分別存儲c0,d0
int text[8][8]; //64位明文
int text_ip[8][8]; //經IP轉換過後的明文
int A[4][8],B[4][8]; //A,B分別存儲經IP轉換過後明文的兩部分,便於交換
int temp[8][6]; //存儲經擴展置換後的48位二進制值
int temp1[8][6]; //存儲和子密鑰異或後的結果
int s_result[8][4]; //存儲經S變換後的32位值
int text_p[8][4]; //經P置換後的32位結果
int secret_ip[8][8]; //經逆IP轉換後的密文
public:
void Key_Putting();
void PC_1();
int function(int,int); //異或
void SubKey_Proction();
void IP_Convert();
void f();
void _IP_Convert();
void Out_secret();
};
void DES::Key_Putting() //得到密鑰中對演算法有用的56位
{
cout<<"請輸入64位的密鑰(8行8列且每行都得有奇數個1):\n";
for(int i=0;i<8;i++)
for(int j=0;j<8;j++){
cin>>key_in[i][j];
if(j!=7) key_out[i][j]=key_in[i][j];
}
}
void DES::PC_1() //PC-1置換函數
{
int pc_1[8][7]={ //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}
};
int i,j;
for(i=0;i<8;i++)
for(j=0;j<7;j++)
c0_d0[i][j]=key_out[ (pc_1[i][j]-1)/8 ][ (pc_1[i][j]-1)%8 ];
}
int DES::function(int a,int b) //模擬二進制數的異或運算,a和b為整型的0和1,返回值為整型的0或1
{
if(a!=b)return 1;
else return 0;
}
void DES::SubKey_Proction() //生成子密鑰
{
int move[16][2]={ //循環左移的位數
1 , 1 , 2 , 1 ,
3 , 2 , 4 , 2 ,
5 , 2 , 6 , 2 ,
7 , 2 , 8 , 2 ,
9 , 1, 10 , 2,
11 , 2, 12 , 2,
13 , 2, 14 , 2,
15 , 2, 16 , 1
};
int pc_2[8][6]={ //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
};
for(int i=0;i<16;i++) //生成子密鑰
{
int j,k;
int a[2],b[2];
int bb[28],cc[28];
for(j=0;j<4;j++)
for(k=0;k<7;k++)
c0[j][k]=c0_d0[j][k];
for(j=4;j<8;j++)
for(k=0;k<7;k++)
d0[j-4][k]=c0_d0[j][k];
for(j=0;j<4;j++)
for(k=0;k<7;k++){
bb[7*j+k]=c0[j][k];
cc[7*j+k]=d0[j][k];
}
for(j=0;j<move[i][1];j++){
a[j]=bb[j];
b[j]=cc[j];
}
for(j=0;j<28-move[i][1];j++){
bb[j]=bb[j+1];
cc[j]=cc[j+1];
}
for(j=0;j<move[i][1];j++){
bb[27-j]=a[j];
cc[27-j]=b[j];
}
for(j=0;j<28;j++){
c0[j/7][j%7]=bb[j];
d0[j/7][j%7]=cc[j];
}
for(j=0;j<4;j++) //L123--L128是把c0,d0合並成c0_d0
for(k=0;k<7;k++)
c0_d0[j][k]=c0[j][k];
for(j=4;j<8;j++)
for(k=0;k<7;k++)
c0_d0[j][k]=d0[j-4][k];
for(j=0;j<8;j++) //對Ci,Di進行PC-2置換
for(k=0;k<6;k++)
subkey[i].key[j][k]=c0_d0[ (pc_2[j][k]-1)/7 ][ (pc_2[j][k]-1)%7 ];
}
}
void DES::IP_Convert()
{
int IP[8][8]={ //初始置換IP矩陣
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
};
cout<<"你好,你要加密還是解密?加密請按1號鍵(輸入1),解密請按2號鍵,並確定."<<'\n';
cin>>encipher_decipher;
char * s;
if(encipher_decipher==1) s="明文";
else s="密文";
cout<<"請輸入64位"<<s<<"(二進制):\n";
int i,j;
for(i=0;i<8;i++)
for(j=0;j<8;j++)
cin>>text[i][j];
for(i=0;i<8;i++) //進行IP變換
for(j=0;j<8;j++)
text_ip[i][j]=text[ (IP[i][j]-1)/8 ][ (IP[i][j]-1)%8 ];
}
❺ DES加密演算法原理
網路安全通信中要用到兩類密碼演算法,一類是對稱密碼演算法,另一類是非對稱密碼演算法。對稱密碼演算法有時又叫傳統密碼演算法、秘密密鑰演算法或單密鑰演算法,非對稱密碼演算法也叫公開密鑰密碼演算法或雙密鑰演算法。對稱密碼演算法的加密密鑰能夠從解密密鑰中推算出來,反過來也成立。在大多數對稱演算法中,加密解密密鑰是相同的。它要求發送者和接收者在安全通信之前,商定一個密鑰。對稱演算法的安全性依賴於密鑰,泄漏密鑰就意味著任何人都能對消息進行加密解密。只要通信需要保密,密鑰就必須保密。
對稱演算法又可分為兩類。一次只對明文中的單個位(有時對位元組)運算的演算法稱為序列演算法或序列密碼。另一類演算法是對明文的一組位進行運算,這些位組稱為分組,相應的演算法稱為分組演算法或分組密碼。現代計算機密碼演算法的典型分組長度為64位――這個長度既考慮到分析破譯密碼的難度,又考慮到使用的方便性。後來,隨著破譯能力的發展,分組長度又提高到128位或更長。
常用的採用對稱密碼術的加密方案有5個組成部分(如圖所示)
1)明文:原始信息。
2)加密演算法:以密鑰為參數,對明文進行多種置換和轉換的規則和步驟,變換結果為密文。
3)密鑰:加密與解密演算法的參數,直接影響對明文進行變換的結果。
4)密文:對明文進行變換的結果。
5)解密演算法:加密演算法的逆變換,以密文為輸入、密鑰為參數,變換結果為明文。
對稱密碼當中有幾種常用到的數學運算。這些運算的共同目的就是把被加密的明文數碼盡可能深地打亂,從而加大破譯的難度。
◆移位和循環移位
移位就是將一段數碼按照規定的位數整體性地左移或右移。循環右移就是當右移時,把數碼的最後的位移到數碼的最前頭,循環左移正相反。例如,對十進制數碼12345678循環右移1位(十進制位)的結果為81234567,而循環左移1位的結果則為23456781。
◆置換
就是將數碼中的某一位的值根據置換表的規定,用另一位代替。它不像移位操作那樣整齊有序,看上去雜亂無章。這正是加密所需,被經常應用。
◆擴展
就是將一段數碼擴展成比原來位數更長的數碼。擴展方法有多種,例如,可以用置換的方法,以擴展置換表來規定擴展後的數碼每一位的替代值。
◆壓縮
就是將一段數碼壓縮成比原來位數更短的數碼。壓縮方法有多種,例如,也可以用置換的方法,以表來規定壓縮後的數碼每一位的替代值。
◆異或
這是一種二進制布爾代數運算。異或的數學符號為⊕ ,它的運演算法則如下:
1⊕1 = 0
0⊕0 = 0
1⊕0 = 1
0⊕1 = 1
也可以簡單地理解為,參與異或運算的兩數位如相等,則結果為0,不等則為1。
◆迭代
迭代就是多次重復相同的運算,這在密碼演算法中經常使用,以使得形成的密文更加難以破解。
下面我們將介紹一種流行的對稱密碼演算法DES。
DES是Data Encryption Standard(數據加密標准)的縮寫。它是由IBM公司研製的一種對稱密碼演算法,美國國家標准局於1977年公布把它作為非機要部門使用的數據加密標准,三十年來,它一直活躍在國際保密通信的舞台上,扮演了十分重要的角色。
DES是一個分組加密演算法,典型的DES以64位為分組對數據加密,加密和解密用的是同一個演算法。它的密鑰長度是56位(因為每個第8 位都用作奇偶校驗),密鑰可以是任意的56位的數,而且可以任意時候改變。其中有極少數被認為是易破解的弱密鑰,但是很容易避開它們不用。所以保密性依賴於密鑰。
DES加密的演算法框架如下:
首先要生成一套加密密鑰,從用戶處取得一個64位長的密碼口令,然後通過等分、移位、選取和迭代形成一套16個加密密鑰,分別供每一輪運算中使用。
DES對64位(bit)的明文分組M進行操作,M經過一個初始置換IP,置換成m0。將m0明文分成左半部分和右半部分m0 = (L0,R0),各32位長。然後進行16輪完全相同的運算(迭代),這些運算被稱為函數f,在每一輪運算過程中數據與相應的密鑰結合。
在每一輪中,密鑰位移位,然後再從密鑰的56位中選出48位。通過一個擴展置換將數據的右半部分擴展成48位,並通過一個異或操作替代成新的48位數據,再將其壓縮置換成32位。這四步運算構成了函數f。然後,通過另一個異或運算,函數f的輸出與左半部分結合,其結果成為新的右半部分,原來的右半部分成為新的左半部分。將該操作重復16次。
經過16輪迭代後,左,右半部分合在一起經過一個末置換(數據整理),這樣就完成了加密過程。
加密流程如圖所示。
DES解密過程:
在了解了加密過程中所有的代替、置換、異或和循環迭代之後,讀者也許會認為,解密演算法應該是加密的逆運算,與加密演算法完全不同。恰恰相反,經過密碼學家精心設計選擇的各種操作,DES獲得了一個非常有用的性質:加密和解密使用相同的演算法!
DES加密和解密唯一的不同是密鑰的次序相反。如果各輪加密密鑰分別是K1,K2,K3…K16,那麼解密密鑰就是K16,K15,K14…K1。這也就是DES被稱為對稱演算法的理由吧。
至於對稱密碼為什麼能對稱? DES具體是如何操作的?本文附錄中將做進一步介紹,有興趣的讀者不妨去讀一讀探個究竟
4.DES演算法的安全性和發展
DES的安全性首先取決於密鑰的長度。密鑰越長,破譯者利用窮舉法搜索密鑰的難度就越大。目前,根據當今計算機的處理速度和能力,56位長度的密鑰已經能夠被破解,而128位的密鑰則被認為是安全的,但隨著時間的推移,這個數字也遲早會被突破。
另外,對DES演算法進行某種變型和改進也是提高DES演算法安全性的途徑。
例如後來演變出的3-DES演算法使用了3個獨立密鑰進行三重DES加密,這就比DES大大提高了安全性。如果56位DES用窮舉搜索來破譯需要2∧56次運算,而3-DES 則需要2∧112次。
又如,獨立子密鑰DES由於每輪都使用不同的子密鑰,這意味著其密鑰長度在56位的基礎上擴大到768位。DES還有DESX、CRYPT、GDES、RDES等變型。這些變型和改進的目的都是為了加大破譯難度以及提高密碼運算的效率