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DES算法

什么是DES

DES全称叫(Data Encryption Standard), 是1977年美国联邦信息处理标准(FIPS)中所采用的一种对称加密算法。

DES之前一直使用很普遍,但是随着计算机的进步,现在DES已经可以被暴力破解了,处理历史的原因外,我们不再建议使用DES算法。

DES的加密解密

DES的密钥长度是64比特,也就是8个字节。但是DES每隔7
比特会设置一个错误校验位,所以真正的密钥长度是56比特。

因为DES的长度是64比特,他每次只能将长度为64比特的原文进行加密,如果原文长于64比特的话,需要多次分组进行加密,这64比特的单位也叫做分组。

分组密码(block cipher)就是以分组为单位进行加密的算法。

其加密解密的示意图如下:

DES加密

DES解密

DES工作原理

DES是由Horst Feistel设计的,因此也称作Feistel网络。

Feistel网络,加密的各个步骤称为轮(round),整个加密过程就是进行若干轮的循环。

下图展示了DES中的一轮加密过程:

由上图我们可以看到,在每一轮的操作中,输入的数据被分成左右两部分,中间的子密钥是指本轮加密所使用的密钥。在Feistel网络中,每一轮都使用不同的密钥,该密钥只是一个局部密钥,所以被称为子密钥。

其运算步骤如下:

  1. 将输入的数据分成左右两部分
  2. 将输入的右边直接发送到输出的右边
  3. 将输入的右边发送到轮函数f
  4. 轮函数根据右侧数据和子密钥计算出一个随机数
  5. 将4得到的随机数和左侧数据进行XOR运算,将运算后的结果作为加密的左侧。

我们可以看到这一轮操作,只加密了左侧数据,右侧的没有加密,然后我们可以交换左右两侧的数据,再来一轮加密。这样右侧的数据也被加密了。

怎么解密

上面我们讲到了加密的过程,接下来我们再看一下解密的过程。

在一次性密码本中,我们讲到了XOR的特性,即:

A XOR B = C
C XOR B = A

按照这样的特性,我们只需要将加密后的结果跟步骤4中计算出来的随机数再做一次XOR运算即可还原加密前的数据。

如下图所示:

Feistel 网络的特定

我们可以看到Feistel网络有如下几个特定:

  1. Feistel网络的轮数可以任意增加。不论多少轮都可以正常解密。
  2. 解密与轮函数f无关,轮函数f也不需要有逆函数。轮函数可以设计得足够复制。
  3. 加密和解密可以使用完全相同的结构来实现。从上面我们讲到的可以看到,加密和解密其实是没有什么区别的。

三重DES

因为DES现在可以很容易被暴力破解,所以开发出了三重DES算法。

三重DES就是将DES的算法重复三次得到的一种密码算法。其加密机制如下:

由上图所示,3重DES的密钥长度是3*64bits。

并且是 加密->解密->加密的过程。 在两个加密中加入了一个解密过程。

这个是为了兼容普通的DES算法,如果将3个DES密钥保持一致,这样3重DES算法等于普通的DES算法了。

更多教程请参考 flydean的博客

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