DES的加密流程

本文深入解析了DES算法的工作原理,包括其64位密钥和56位有效密码的使用,以及16轮迭代加密的过程。文章详细介绍了明文数据与密钥的处理流程,如IP置换、扩展置换、位移等关键步骤。

DES算法中的密匙为8个字节64位,但每8位位校验码位不参与运算,所以有效的密码只有56位;data为8个字节64 位,是要被加密或解密的数据;DES采用16轮运算,每轮产生一个轮密匙参与到运算中。

DES算法过程,整体可分成三个模块,这三个模块,并不是相互独立,而是相互杂糅在一起。但是密钥的生成并不需要外在条件,因此首先实现16个字密钥的生成。在对明文加密过程中,有一个16轮迭代加密,而每论迭代加密都需要经过几个相同的函数使得明文与密文相结合,以及明文的发散混淆处理。所以把相同处理函数抽取出啦,形成一个新的模块f。

在这里插入图片描述
具体流程

1、输入64位的明文数据
2、置换IP
3、分成左右两组(32位)
4、将R组(右组)扩展置换变成48位

然后

1、输入64位的密匙
2、密匙通过PC-1置换,从64 位变成56位
3、同样分成左右两组(28位)
4、将密匙位移,每轮位移1-2位
(在 1、2、9、16位左右两部分向左位移一位,在其他轮时,左右两部分向左位移两位,循环位移的总位数位 41+122=28,即 C0=C16,D0=D16)
5、密匙通过PC-2置换,从56位变成48位。

这两部分其实是同时进行的

将密文与密匙进行异或运算,算出来后再进行下一轮。。。

<think>好的,我现在需要帮助用户了解DES加密的详细流程。首先,用户明确要求的是分步说明,所以我需要按照步骤来组织内容。同时,用户提供的引用材料里有几个参考文献,我需要正确引用它们。 首先,我应该回忆一下DES加密的基本流程。根据引用[1]和[2],DES是分组加密算法,处理64位的数据块,使用56位的有效密钥(虽然总共有64位,但其中8位用于奇偶校验)。流程大致分为初始置换、16轮Feistel结构、最终置换,还有子密钥生成。 接下来,我需要分步骤详细解释每个阶段。首先从初始置换开始,这里需要提到IP表,并说明其作用是将输入位的顺序打乱。然后进入16轮Feistel结构,每一轮包括扩展置换(E盒)、与子密钥异或、S盒替换和P置换,最后左右部分交换。这部分的细节需要仔细说明,尤其是S盒的处理,因为这是DES的核心部分,每个S盒将6位输入转换为4位输出。 然后是最终置换,即IP逆置换,这一步需要提到它是初始置换的逆过程,将数据重新排列得到最终的密文。另外,子密钥生成过程也是关键,包括PC-1置换、循环左移和PC-2置换生成每轮的子密钥。这里要注意引用[1]提到的密钥生成过程的修改,说明实际参与的是56位密钥。 在写作过程中,我需要确保所有数学表达式和公式符合用户提供的系统级指令,比如行内公式用$...$,独立公式用$$...$$。例如,在描述Feistel结构时,左右部分的更新方程需要用行内公式,如$L_i = R_{i-1}$和$R_i = L_{i-1} \oplus F(R_{i-1}, K_i)$。 同时,用户要求生成相关问题,我需要根据内容提出几个相关问题,例如关于子密钥生成、S盒的作用、DES的安全性等。这些问题需要与用户的问题相关,并且能够引导进一步的学习。 最后,检查引用是否正确添加,确保每个引用标识对应正确的参考文献,比如引用[1]和[2]是关于DES的详细流程,而引用[3]可能与数据库加密相关,但在这里可能不太相关,所以可能不需要引用。不过用户给出的引用中有三个,可能需要确认是否需要全部引用,但根据问题内容,引用[3]可能不适用,所以可能只用前两个。 总结一下,回答的结构应该是分步骤详细说明DES流程,正确应用LaTeX格式,引用相关文献,并在最后生成相关问题。</think>### DES加密流程分步说明 DES加密算法采用64位分组长度和56位有效密钥,通过16轮Feistel结构实现数据加密。具体步骤如下: --- #### 1. **初始置换(IP)** 输入64位明文$M$,通过固定置换表$IP$重新排列位顺序。例如,第58位变为第1位,第50位变为第2位,以此类推[^1]。置换后得到$L_0$和$R_0$两部分(各32位)。 --- #### 2. **16轮Feistel结构** 每轮操作公式为: $$ L_i = R_{i-1}, \\ R_i = L_{i-1} \oplus F(R_{i-1}, K_i) $$ 其中$K_i$为第$i$轮子密钥,函数$F$包含以下步骤: 1. **扩展置换(E盒)** 将32位$R_{i-1}$扩展为48位,例如原第32位复制到新第1位和第47位。 2. **与子密钥异或** 将扩展结果与$K_i$按位异或:$E(R_{i-1}) \oplus K_i$。 3. **S盒替换** 将48位结果分为8组(每组6位),通过8个S盒(每个S盒为4×16表)转换为4位输出,最终得到32位数据[^2]。 4. **P置换** 对32位结果进行固定位置换,完成$F$函数。 --- #### 3. **最终置换(IP⁻¹)** 将最后一轮的$L_{16}$和$R_{16}$合并为64位数据,通过$IP^{-1}$(初始置换的逆)得到最终密文。 --- #### 4. **子密钥生成** 1. **PC-1置换** 64位初始密钥经PC-1置换去除奇偶校验位,得到56位有效密钥。 2. **循环左移** 56位分为左右两部分,每轮按规则左移1或2位(如第1轮左移1位)。 3. **PC-2置换** 压缩置换后生成48位子密钥$K_i$,共16轮[^1]。 --- ```python # DES加密函数示例(简化版) def des_encrypt(plaintext, key): subkeys = generate_subkeys(key) # 生成16轮子密钥 data = initial_permutation(plaintext) # 初始置换 L, R = split_data(data) # 分为左右32位 for i in range(16): new_R = feistel(R, subkeys[i]) # Feistel函数处理 L, R = R, xor(L, new_R) # 交换左右部分 ciphertext = final_permutation(merge(L, R)) # 最终置换 return ciphertext ``` ---
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