数据加密标准(DES)

特征

1.分组加密算法:明文和密文为64位分组长度。
2.对称算法:加密和解密除密钥编排不同外，使用同一算法。
3.密钥长度:64位，但每个字节第8位为奇偶校验位，可忽略。
4.密钥可为任意的56位数，但存在弱密钥，尽量避开。
5.采用混乱和扩散的组合，每个组合先替代后置换，共16轮;
只使用了标准的算术和逻辑运算，易于实现

加/解密过程

加密

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16次迭代

每一轮迭代都是feistel网络：
（注：密钥产生器产生48位密钥，过程在这张图中略。）

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选择扩展运算：查表
令s表示E原输入数据比特的原下标，则E的输出是将原下标s0或1(mod 4)的各比特重复一次得到的，即对原第32, 1, 4, 5, 8, 9, 12, 13, 16, 17, 20, 21, 24, 25, 28, 29各位都重复一次,实现数据扩展。

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密钥加密运算：将子密钥产生器输出的48 bit子密钥ki与选择扩展运算E输出的48 bits数据按位模2相加。
选择压缩运算S：将前面送来的48 bit数据自左至右分成8组，每组为6 bit；而后并行送入8个S一盒，每个S盒为一非线性代换网络，有4位输出。
S盒：6位输入，4位输出。压缩运算–查表（替换）
其中表的算法没有公开，一般是民用，没有军用
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s盒的工作原理基于s-表：以表S1为例子说明使用方法
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置换运算P：对S1至S8盒输出的32 bit数据进行坐标置换。
左右混合运算：置换P输出的32 bit数据与左边32 bit，即Ri-1，逐位模2相加，所得到的32 bit作为下一轮迭代用的右边的数字段。并将Ri-1并行送到左边的寄存器，作为下一轮迭代用的左边的数字段。

子密钥产生器

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置换选择1：先选择56位，再查表置换
密钥表计算逻辑：16轮变换，每一轮循环移动不同位数
置换选择2：置换选择PC2将C中第9、18、22、25位和D中第7、9、15、26位删去，并将其余数字置换位置后送出48 bit数字作为第i次迭代时所用的子密钥ki。

解密

DES的加密运算是可逆的，其解密过程可类似地进行。

公开性和脆弱性

1.密钥空间较小，56位不太可能提供足够的安全性。
2.S盒的设计原理半公开，可能有陷阱
3.互补性: 若明文组 $x$ 逐位取补, 密钥 $k$ 逐位取补, 且 $y=D E S_{k}(x)$ , 则有 $\bar{y}=D E S_{\bar{k}}(\bar{x})$ 称这种特性为算法上的互补性。这种互补性会使 DES在选择明文破译下所需的工作量减半。
4.弱密钥：DES算法在每次迭代时都有一个子密钥供加密用。如果给定初始密钥k，各轮的子密钥都相同，即有k1= k2= … =k16，就称给定密钥k为弱密钥(Weak key)。
5.半弱密钥：两个不同密钥将同一明文加密成相同密文，一个用来加密，一个用来解密。