17、对称加密中的Feistel结构及主流算法解析

对称加密中的Feistel结构及主流算法解析

1. Feistel函数概述

Feistel函数是众多分组密码的核心，也被称为Feistel网络或Feistel密码，以其发明者、德裔物理学家和密码学家Horst Feistel命名。Horst Feistel不仅对DES算法有重要贡献，还发明了Lucifer密码（DES的前身），并且曾在美国空军从事敌我识别（IFF）设备的工作。他拥有麻省理工学院的学士学位和哈佛大学的硕士学位，两个学位均为物理学专业。

2. Feistel函数的工作原理

• 数据分割 ：将明文数据块分割为两部分，传统上称为L0和R0。不同算法的明文块大小不同，常见的有64位和128位。例如，使用64位块时，L0和R0各为32位，数字0表示这是初始轮。
• 轮函数应用 ：对其中一半数据应用轮函数F。轮函数是Feistel密码每次迭代执行的函数，其具体细节因实现而异，通常是相对简单的函数，以提高算法速度。在轮函数的某个阶段，会将轮密钥与输入到轮函数的文本块进行异或（XOR）操作，这通常是轮函数的第一步。
• 异或与换位 ：将轮函数F的输出与另一半数据进行异或操作，然后交换两部分的位置。例如，将L0通过轮函数F，结果与R0异或，然后L0移到右侧，R0移到左侧。

以下是Feistel函数一轮操作的mermaid流程图：

graph TD;
    A[明文块] --> B[分割为L0和R