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实验 2 数据加密标准—DES 一、 实验目的 通过使用 DES 算法对实验数据进行加密和解密，掌握现代分组密码算法基本原理，熟练 掌握 DES 算法各部件的运算原理和具体运算过程。 二、 实验原理 根据密钥间的关系，密码算法可分对称密码和非对称密码。在对称密码（Symmetric Cipher ）中，加密密钥和解密密钥是完全相同的，或彼此之间容易互相推导。在非对称密码 （Asymmetric Cipher ）算法，或称为公钥密码（Public Key Cryptology ）中，加密密钥和解 密密钥是不同的，从加密密钥推导出解密密钥是计算上不可行的。 根据对明文的处理方式不同，密码算法又可分为流密码（或称为序列密码）和分组密码。 一次只对明文中的单个比特（有时对字节）运算的密码称为流密码（Stream Cipher）。对明 文的一组比特进行运算，这些比特组称为分组，相应的密码称为分组密码（Block Cipher ）。 1973 年，美国国家标准局（NBS ）开始征集一种标准的数据加密标准算法（DES ），以 用于非机密性政府机构、商业部门和民间的对非机密的敏感数据进行加密。IBM 公司在 1971 年完成的 LUCIFER 密码（64 比特分组，128 比特密钥) 的基础上，改进成为建议的DES 。 1975 年 3 月 17 日，NBS 公布了这个算法，并说明要以它作为联邦信息处理标准，征求各方 意见。1977 年 1 月 15 日，建议被批准为联邦标准—FIPSPUB 46 ，并设计推出了DES 芯片。 1981 年，ANSI 将 DES 作为标准，即 DEA[ANSI X3.92] 。1983 年，ISO 采用 DES 作为标准， 即DEA-1 。DES （Data Encryption Standard ）是一个优秀的对称分组密码算法，直到2000 年 10 月 2 日NIST 宣布 AES 算法前，其一直是业界的标准。 DES 是一种分组乘积密码，包括 16 轮迭代。明密文分组长度为 64 位，密钥总长为 64 位，有效长度 56 位，其中第 8、16、……、64 位共 8 位是奇偶校验位。DES 是一种对和运 算，除子密钥使用顺序逆序外，加密和解密算法相同。DES 是一种面向二进制的密码算法， 能够加解密任何形式的计算机数据。 1．DES 的加解密算法 DES 的加密算法流程如图2-1 所示，包括三大步骤： （1）初始置换。将输入的64 位的明文进行初始置换 IP 。然后，将变换后的数据平分成 各 32 位的左右两部分，左部分记为 L ，右部分记为R 。 0 0 （2 ）16 轮的轮变换。对R0 实行在轮子密钥K 1 （轮子密钥由密钥扩展算法产生）控制下 的变换f ，结果记为 f (R , K ) ，再与L 做按位异或运算，其结果记为 R ，R 则直接作为下 0 1 0 1 0 一轮的L 1，如此循环 16 轮，得到预输出结果 R 16、L 16 。 ⎧ L n R n −1 ⎨ n 1, 2 , ,1 6 ⎩R n L n −1 =⊕ f ( R n −1 , K n ) （3 ）逆初始置换。对R 16、L 16 组合后的 64 位预输出结果实行逆初始置换 IP-1 ，得到 64 位密文。 解密算法与加密算法基本相同，不同之处仅在于轮子密钥的使用顺序逆序，即解密的第 1 轮子密钥为加密的第 16 轮子密钥，解密的第 2 轮子密钥为加密的第 15 轮子密钥，……， 解密的第 16 轮子密钥为加密的第 1 轮子密钥。 4 图2-1 DES 加解密流程图 1.1 初始置换（IP ） IP 的作用是把输入的 64 位数据块的排列顺序打乱，每位数据按照下面换位规