DES密码算法分析与改进
des算法实验报告
des算法实验报告DES算法实验报告一、引言数据加密标准（Data Encryption Standard，简称DES）是一种对称密钥加密算法，由IBM公司于1975年研发并被美国国家标准局（NBS）采纳为联邦信息处理标准（FIPS）。
二、算法原理DES算法采用了分组密码的方式，将明文数据划分为固定长度的数据块（64位），并通过密钥进行加密和解密操作。
其核心是Feistel结构，每轮加密操作包括置换和替代两个步骤。
1. 置换步骤DES算法的初始置换（IP）和逆初始置换（IP-1）通过一系列的位重排操作，将输入的64位明文数据打乱，以增加加密的强度。
2. 替代步骤DES算法中使用了8个S盒（Substitution Box），每个S盒接受6位输入，并输出4位结果。
S盒的作用是将输入的6位数据映射为4位输出，通过这种非线性的映射关系，增加了算法的安全性。
3. 轮函数DES算法的加密过程包含16轮迭代，每轮迭代中都会对数据进行一系列的位重排和替代操作。
其中，轮函数是DES算法的核心部分，它通过使用子密钥对数据进行异或操作，并通过S盒替代和P盒置换操作，产生新的数据块。
三、实验步骤为了更好地理解DES算法的加密过程，我们进行了以下实验步骤：1. 输入明文和密钥我们选择了一个64位的明文数据块和一个56位的密钥作为输入。
明文数据块经过初始置换（IP）后，得到L0和R0两个32位的数据块。
2. 生成子密钥通过对密钥进行置换和循环左移操作，生成16个48位的子密钥。
3. 迭代加密对明文数据块进行16轮的迭代加密，每轮加密包括以下步骤：a. 将R(i-1)作为输入，经过扩展置换（E-box），得到48位的扩展数据。
b. 将扩展数据和子密钥Ki进行异或操作，得到48位的异或结果。
c. 将异或结果分为8个6位的数据块，分别经过8个S盒替代操作，得到32位的S盒替代结果。
d. 将S盒替代结果经过P盒置换，得到32位的轮函数输出。
DES例题详解
DES例题详解摘要：一、DES加密算法简介1.DES加密原理2.DES算法结构二、DES例题详解1.实例一：DES加密过程解析2.实例二：DES解密过程解析3.实例三：DES加密解密实战应用三、DES加密算法的优缺点1.优点2.缺点四、DES算法的改进与延伸1.三重DES算法2.AES加密算法正文：一、DES加密算法简介1.DES加密原理DES加密算法是一种对称加密算法，其加密过程是将明文经过16轮的加密操作，最终生成密文。
DES算法依赖于密钥，相同的明文使用相同的密钥加密后，得到的密文相同。
2.DES算法结构DES算法的主要结构包括：置换、替换、S盒替换和置换。
其中，置换操作是将明文分成左右两部分，分别进行加密；替换操作是将置换后的明文部分进行替换；S盒替换是将替换后的明文部分通过S盒进行替换；最后再进行置换操作，得到密文。
二、DES例题详解1.实例一：DES加密过程解析假设明文为：ABCDEF，密钥为：123456。
（1）置换：将明文分成左右两部分，分别为ABC和DEF。
（2）替换：将左右两部分分别进行替换操作，得到：TFEC和ADCB。
（3）S盒替换：将替换后的左右两部分分别进行S盒替换，得到：XYZAB和MPQST。
（4）再置换：将替换后的两部分进行置换，得到密文：MPQSTXYZAB。
2.实例二：DES解密过程解析假设密文为：MPQSTXYZAB，密钥为：123456。
（1）解密置换：将密文进行解密置换，得到：ABCDEF。
（2）解密替换：将解密后的密文部分进行解密替换，得到：TFECB和ADCB。
（3）解密S盒替换：将解密后的左右两部分分别进行解密S盒替换，得到：XYZAB和MPQST。
（4）再解密置换：将解密后的两部分进行解密置换，得到明文：ABCDEF。
3.实例三：DES加密解密实战应用在实际应用中，DES加密解密算法广泛应用于数据保护、网络安全等领域。
以下是一个简单的DES加密解密实战应用示例：明文：Hello, World!密钥：1234561.使用DES加密算法加密明文：- 置换：将明文分成左右两部分，分别为Hello和World。
DES密码算法分析与改进
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［ 收稿 日 期］ ２ ０ —８ ６ ０６ — ０ １
［ 作者 简介］ 王 ］（９５ ）男 。 ｉ １６ － 。 十堰职业技术学院电子工程 系讲师 ， ￣ 华中科技大学在读硕士研究生 ‘ 蝾（ ９ ７ ） 女 。 曾 １ ７ － ， 十堰职
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DES 加密算法的改进方案
DES加密算法的改进方案摘要：对称密码体系和非对称密码体系各有优缺点。
探索一种两者结合的，既保留各自优点，又能最大限度地消除各自缺点的混合密码体系，对现代网络通信的高效性和安全性有着重要意义。
使用非对称密码保护对称密码密钥是一种可行的方案。
在此方案下，攻击者无法绕过对非对称密码密钥的破解而直接攻击对称密码的密文。
这一方案的提出和论证，表明各种密码体系可以混合使用，取长补短，互为加固。
内容目录：1、DES算法2、DES算法的改进方案2.1改进方案的总体设计2.2改进算法详述2.2.1密文包的整体结构2.2.2对原始明文的预处理2.2.3密文包的头部结构2.2.4加密和解密流程3改进DES算法的抗攻击能力分析4结语数据加密算法是由IBM公司于20世纪70年代早期开发的一种分组加密法，由于其具有数学上可证明的安全强度（以扩散模糊和扰乱模糊为特征），易于硬件实现的特点，已逐渐由理论走向实践应用，被广泛应用于通信行业和金融行业，并在1977年成为美国政府正式认可的数据加密标准（Data Encryption Standard，DES）。
然而，DES算法仍未解决所有对称加密算法共有的缺陷：对称密钥的分发要占用额外的安全信道。
同时，随着计算机计算速度的提升，DES算法对于穷举法攻击的抵抗能力被逐渐削弱。
到了互联网加密流量爆发式增长的20世纪90年代，网络通信中的主流数据加密算法是以RSA为代表的非对称加密体系。
这种非对称加密算法具有密钥易于分配（不占用额外信道）的特点以及强大的抵抗穷举法攻击的能力。
非对称加密体系的广泛应用，是技术进步和对信息安全需求提高所带来的必然结果。
如今，对称加密算法仍然应用于通信、经济等众多领域，并没有因为科技的发展而被淘汰。
究其原因，是对称加密和非对称加密并不是两种互相对立、互相排斥的密码体系，它们各有优点和缺点，清晰地认识到它们的互补性，是构造相对完善的密码体系的关键。
公钥密码体系虽具有易于分配密钥和难于被暴力攻击的优点，但这些优点是以牺牲效率为代价的。
DES算法的详细分析
DES算法的详细分析DES（Data Encryption Standard）是一种对称加密算法，是在计算机领域最常用的加密算法之一、DES算法是由IBM的Horst Feistel于1973年研究开发的。
DES是一种分组密码，每个64位的明文分组经过一系列的置换和替换运算，最终被加密成一个64位的密文。
DES算法采用分组密码的模式，每个明文分组被分成64位，然后通过一系列的置换和替换操作，最终得到一个64位的密文。
DES算法中最重要的部分是Feistel网络结构，它是一种用于对称加密的结构，包含16轮的加密操作。
在每一轮中，明文分组被分成左右两部分，左半部分和右半部分经过不同的置换和替换操作后再结合在一起，形成下一轮操作的输入。
DES算法的核心是密钥调度算法和轮函数。
密钥调度算法用于生成每一轮的子密钥，通过对原始64位密钥进行置换和替换操作得到16个48位的子密钥。
轮函数是DES算法中的重要部分，它包括扩展、异或、S盒替换和置换操作，通过这些操作对每一轮的输入进行计算，最终得到输出。
DES算法的优点是加密速度快，实现简单，安全性较高。
然而，DES算法也存在一些缺点，主要是密钥长度太短，只有56位，这使得DES算法容易受到暴力破解攻击。
为了增强安全性，人们提出了3DES算法和AES算法。
3DES（Triple Data Encryption Standard）是DES的增强版，它使用了两个密钥对数据进行三次加密，增强了安全性。
3DES算法的密钥长度为112位或168位，比DES算法的56位密钥更加安全。
AES（Advanced Encryption Standard）是一种高级加密标准，目前被广泛应用于电子商务和互联网安全领域。
AES算法使用了更长的密钥长度（128位、192位或256位），并采用了更复杂的置换和替换操作，提高了安全性。
总的来说，DES算法是一种经典的加密算法，虽然在现代网络安全领域已经被3DES和AES算法所取代，但DES算法仍然被广泛应用于传统密码学和网络安全领域。
DES算法的详细分析
DES算法的详细分析DES（Data Encryption Standard）是一种对称加密算法，是美国联邦政府使用的加密标准。
它采用了分组密码的方式对数据进行加密和解密处理。
本文将对DES算法进行详细分析，涵盖算法原理、加密过程、密钥生成、弱点以及DES的安全性评估等方面。
1.算法原理：-将明文数据分成64位的分组，使用64位密钥进行加密。
-密钥通过密钥生成算法进行处理，生成16个48位的子密钥。
-明文分为左右两半部分，每轮加密时，右半部分与子密钥进行逻辑运算，并与左半部分进行异或操作。
-运算结果作为下一轮的右半部分，左半部分不变。
循环16轮后得到密文。
2.加密过程：-初始置换（IP）：将64位明文按照预定的规则进行位重排。
-分为左右两半部分L0，R0。
-通过16轮的迭代过程，每轮使用不同的48位子密钥对右半部分进行扩展置换（E盒扩展），与子密钥进行异或操作，再通过S盒代换和P 盒置换输出。
-将经过迭代的左右两半部分进行交换。
-最后经过逆初始置换（IP^-1）后输出64位密文。
3.密钥生成：-密钥生成算法从初始64位密钥中减小奇偶校验位，然后使用置换选择1（PC-1）表对密钥进行位重排，得到56位密钥。
-将56位密钥分为两部分，每部分28位，并进行循环左移操作，得到16个48位的子密钥。
4.弱点：-DES算法的密钥长度较短，只有56位有效位，容易受到穷举攻击。
-由于DES算法设计时的数据量较小，运算速度较快，使得密码破解更加容易。
-DES算法对明文的局部统计特性没有进行充分的打乱，可能导致部分明文模式的加密结果不够随机。
5.DES的安全性评估：-DES算法的弱点导致了它在现代密码学中的安全性问题，已经不再适用于高强度加密要求的场景。
- 美国国家标准与技术研究所（NIST）发布了Advanced Encryption Standard（AES）来替代DES作为加密标准。
-DES算法可以用于低安全性需求的领域，或作为加密算法的组成部分。
des算法研究报告
DES算法研究报告1. 简介DES（Data Encryption Standard）是一种对称密钥加密算法，旨在提供数据的机密性和安全性。
DES算法是由IBM于20世纪70年代中期开发的，现已成为全球范围内广泛使用的加密算法之一。
本报告将对DES算法的原理、加密过程以及算法的安全性进行研究和讨论。
2. DES算法原理DES算法采用对称密钥加密方式，即同一个密钥可以用于加密和解密。
算法的核心是通过多轮迭代和混淆操作，将输入的明文转换为密文。
DES算法的主要原理包括以下几个步骤：2.1. 密钥生成DES算法使用56位的密钥作为输入，经过一系列的变换和处理，生成16个48位的子密钥。
子密钥的生成过程通过将密钥分为两部分，分别进行左移和置换操作来实现。
2.2. 初始置换输入的明文经过初始置换操作，将明文中的64位数据按照特定的规则重新排列。
初始置换操作的目的是减少明文中数据的相关性，增加算法的安全性。
2.3. 轮函数DES算法采用16轮迭代的方式进行加密，每一轮都使用一个不同的子密钥。
轮函数包括扩展置换、与子密钥进行异或运算、S盒变换、P盒置换等多个操作，将输入数据转换为输出数据。
2.4. 终止置换经过16轮迭代后，最后一次迭代得到的数据经过终止置换操作后即为加密后的密文。
2.5. 逆初始置换最后，加密后的密文经过逆初始置换操作，将密文中的64位数据重新排列，得到最终的加密结果。
3. DES算法加密过程DES算法的加密过程可以分为以下几个步骤：1.输入明文和密钥。
2.初始置换：对明文进行初始置换操作。
3.生成子密钥：使用密钥生成算法生成16个子密钥。
4.迭代加密：对明文进行16轮迭代加密，每一轮使用一个子密钥。
5.终止置换：对最后一轮迭代加密得到的结果进行终止置换。
6.逆初始置换：对加密后的密文进行逆初始置换操作，得到最终的加密结果。
4. DES算法的安全性DES算法在开发之初是相对安全的，但随着计算机技术的发展，DES算法逐渐暴露出一些安全性问题。
DES密码算法分析与改进
D ES 密码算法分析与改进王 襄1,曾 嵘2(1.华中科技大学 电信系,湖北武汉 430074;2.十堰职业技术学院 电子工程系,湖北十堰 442000)[摘 要] DES 是我国信息传递领域中通常采用的密码算法,在金卡工程中得到广泛应用。
本文分析了DES算法的加密和解密规则,指出了DES 算法中存在的缺陷,介绍了加强DES 算法安全性的七种改进措施。
[关键词] DES 算法;加密;解密;算法缺陷;改进措施[中图分类号] TN918 [文献标识码] A [文章编号] 100824738(2006)05200842031 引言随着Internet 和各种局域网的普及,人们越来越多地使用计算机网络传递安全敏感信息,如网上银行业务、商业数据交换、政府秘密信息传递、网上交易电子支付系统等。
同时,如何确保信息的正确认证和严格保密,保护数据信息在传输与处理过程中不被非法窃取和篡改,成为信息安全理论与技术研究的重要内容。
多数情况下,数据加密是保证信息机密性的惟一方法。
由于数据加密算法侧重点不同,产生了多种数据加密技术,到目前为止,已经公开的算法达到数百种。
在我国金卡工程中广泛采用的DES 算法,全称为数据加密标准。
它是一种对二元数据进行加密的算法,属于分组密码算法中最有名的两种常规密码算法之一。
DES 算法以密钥作为加密方法的加密手段,在此标准下可产生72057594037927936≈7.2×1016(72Q )个密钥供用户使用。
用户密钥在这72Q 个密钥中随机生成,若在不知密钥情况下进行破译,即使用每微秒可进行一次DES 加密的机器来破译密码也需要超过两千年,故具有极高的保密性和安全性。
由于加密方和解密方必须使用相同的密钥,故DES 算法又属于对称算法。
2 D ES 算法分析2.1 DES 算法的加密过程DES (Data Encryption Standard )数据分组长度为64位,输入的是64位的明文,在64位密钥的控制下产生64位的密文;反之输入64位的密文,输出64位的明文。
DES算法实验报告
DES算法实验报告DES (Data Encryption Standard)算法是一种对称密钥加密算法，由IBM于1970s年代开发。
它是加密领域的经典算法之一，被广泛应用于安全通信和数据保护领域。
本实验报告将介绍DES算法的原理、实现和安全性分析。
一、DES算法原理1.初始置换（IP置换）：将输入的64位明文进行初始置换，得到一个新的64位数据块。
2.加密轮函数：DES算法共有16轮加密，每轮加密包括3个步骤：扩展置换、密钥混合、S盒置换。
扩展置换：将32位数据扩展为48位，并与轮密钥进行异或运算。
密钥混合：将异或运算结果分为8组，每组6位，并根据S盒表进行置换。
S盒置换：将6位数据分为两部分，分别代表行和列，通过查表得到一个4位结果，并合并为32位数据。
3. Feistel网络：DES算法采用了Feistel网络结构，将32位数据块分为左右两部分，并对右半部分进行加密处理。
4.置换：将加密后的左右两部分置换位置。
5.逆初始置换：将置换后的数据进行逆初始置换，得到加密后的64位密文。
二、DES算法实现本实验使用Python编程语言实现了DES算法的加密和解密功能。
以下是加密和解密的具体实现过程：加密过程：1.初始化密钥：使用一个64位的密钥，通过PC-1表进行置换，生成56位的初始密钥。
2.生成子密钥：根据初始密钥，通过16次的循环左移和PC-2表进行置换，生成16个48位的子密钥。
3.初始置换：对输入的明文进行初始置换，生成64位的数据块。
4.加密轮函数：对初始置换的数据块进行16轮的加密操作，包括扩展置换、密钥混合和S盒置换。
5.逆初始置换：对加密后的数据块进行逆初始置换，生成加密后的64位密文。
解密过程：1.初始化密钥：使用相同的密钥，通过PC-1表进行置换，生成56位的初始密钥。
2.生成子密钥：根据初始密钥，通过16次的循环左移和PC-2表进行置换，生成16个48位的子密钥。
3.初始置换：对输入的密文进行初始置换，生成64位的数据块。
DES算法在网上考试系统中的实现和改进
用互 补密钥 。 Ｓ 一盒 的设计 ： 一盒 是 Ｄ Ｓ的心 脏 ， Ｅ Ｓ Ｅ Ｄ Ｓ靠它 实 现 非 密 文 与 明 文 、 文 与 密 钥 的 相 关 性 ： 它 们 的 研 究 表 密 对 线形 变换 ， 于 Ｓ盒 的设 计 准 则还 没 有完 全公 开 。许 多密 关 明 可 使 每 个 密 文 比 特 都 是 所 有 明 文 比特 和 所 有 密 钥 比 特
１ ３ 末 置 换 ．
对十六次 迭代 变 换后 得 到 的结果 使 用 Ｉ Ｐ置换 的逆 置 换 Ｉ ＿。最后 所得 到 的输 出即为密 文 。Ｄ Ｓ的加 密运算 框 Ｐ ， Ｅ
图见 图 １ 。
在 Ｄ Ｓ算法 中 ， Ｅ 每一轮迭代 运算都使用 了一个子 密钥 ， 子密钥是 从用 户输 入 的密钥 产 生 的。因 此 ， 密钥 的强度 子 是 ＤＥ Ｓ算 法 的 安 全 性 的保 证 ， 至 可 以 说 ＤＥ 甚 Ｓ算 法 的 安 全 性 完 全 依 赖 于 所 有 的 密 钥 。ＤＥ Ｓ算 法 子 密 钥 的 生 成 过 程 示
前一次迭代 的结果 和 由用 户密 钥 扩展 得 到 的子 密钥 Ｋ 作 ｉ 为输 入进 行 运 算 ； 一 次 迭 代 运 算 只对 数 据 的 右 半 部 分 每 Ｒｉ１ 行 变 换 ， 根 据 如 下 规 则 得 到 Ｌ Ｒ 作 为 下 一 轮 迭 代 一进 并 ｉｉ 的输 入 ： ｉ ｉ１Ｒ —ｋ一 ０ （ ｉ１ Ｋｉ， 中④表示 两个 Ｌ ＝Ｒ一 ｉ １ ｆＲ一 ， ） 其 比 特 串 的 异 或 （ 位 模 ２加 ） ｆ 一 个 非 线 性 函 数 ； 按 ，是
摘
要 ： 密 算 法 是 数 据 加 密技 术 的 核 心 ， 据 库 密码 系统 的 加 密 算 法 必 须 适 应 数 据 库 系统 的 特 性 。针 对 网 上 考 试 系 加 数
DES算法的实现及安全性分析
DES算法的实现及安全性分析DES（Data Encryption Standard）是一种对称加密算法，用于加密和解密数据。
DES是一种块加密算法，将输入数据分成64位的块进行加密，输出64位的密文。
DES算法使用一个64位的密钥来加密和解密数据，这个密钥包含56位的有效位和8位的奇偶校验位。
在DES算法中，加密和解密使用相同的密钥。
1.原始数据处理：如果数据长度不是64位的倍数，需要进行填充操作，通常使用0填充。
2.密钥生成：根据输入密钥，生成加密和解密使用的子密钥。
DES算法使用56位的原始密钥生成16个48位的子密钥，每个子密钥用于单个加密轮次。
3.初始置换：将64位输入数据按照DES算法的规则进行初始置换。
4.16轮加密：将初始置换后的数据分为左右两部分，每一轮使用一轮加密函数对左半部分进行处理，并将结果与右半部分异或，然后将左右部分交换。
5.逆初始置换：经过16轮加密后的数据进行逆初始置换，得到加密后的64位密文。
6.解密：将加密后的密文按照相反的顺序使用16轮解密函数进行解密处理，得到解密后的原始数据。
DES算法的安全性主要基于密钥长度和算法结构。
DES密钥长度较短，只有56位有效位，因此在今天的计算能力下，使用穷举法破解DES密码是可行的。
此外，DES算法的结构已经被一些攻击方法所破解，例如差分攻击和线性攻击。
为了解决DES算法的安全性问题，目前使用更加安全和强大的替代算法，例如AES（Advanced Encryption Standard）算法。
AES算法使用128位、192位或256位的密钥长度，提供了更高的安全性。
AES已经成为目前最广泛使用的对称加密算法之一总的来说，DES算法在当今的环境中已经不够安全，因为其密钥长度较短，结构容易受到攻击。
建议在实际应用中使用更加安全的替代算法，如AES算法。
如果有特殊需求要使用DES算法，可以考虑使用3DES （Triple DES）算法，即对数据进行三次DES加密。
改进DES算法
上面步奏实现了KEY的转换后，同时把明文也转成二进制后，假设生成子密钥转换成二进制后为：0110......
第一轮产生第一次真正密钥：
1010...... (假设为第一轮明文转换为二进制后的结果)
^ 0110...... (密钥二进制)
= 1100...... (第一轮密钥的二进制)
DESk-1(m-1)=c-1。如此，如果某人已经知道了明文攻击时，穷举搜索密钥空间话，那么工作量就减半：如果得出了密钥k对明文m的加密结果，就不必再对k-1对m-1进行加密测试[5]。
最后，对于逆向明文攻击，DES的抵抗性较弱。这里的逆向明文攻击，就是选择性明文攻击，是指如果某人有选择性输入了一些明文，然后通过DES加密得出相应的密文，最后通过对密文和明文的对比分析，就有可能得出一些有用的信息。在最不幸运的情况下，其可能可以直接得到了解密用的密钥。如果，加密算法能够根据不同的明文输入而得出不同的密文，那么就可以避免这种选择明文攻击[6]。
图1.2 DES算法整体结构
其中，算法里面的各个模块主要包括：初始置换IP、16轮迭代的乘积变换、逆初始置换IP-1以及16个子密钥产生器，其中16轮迭代的乘积变换即16轮Feistel迭代，这是DES设计的核心。
2
2.1
本论文对DES算法的密钥模块进行了改进。因为在DES加密算法中，密钥短，另外由于对称加密，因此密钥空间将也许被减半。因此，在这里提出一种考虑了加密速度几乎不变的新设计，最终在牺牲了某方面的代价下使得加密算法的安全性能得到大幅提高。改进的加密算法的设计框架如下图所示：
2.2.2
在上面步奏中得到了经过改进的密钥后，便用初始置换IP，来打乱明文打乱输入的比特序列。首先将64 bit明文位置进行置换，而后便会得到一个64 bit明文组，这个明文组是乱序的。然后用可以用C函数memcpy将其分成左右两段，每段为32 bit，这里的话以L0和R0表示。然后可以从图1.2中发现，其实IP表中各列元素位置号数大小相差为8，也就是将原明文各字节按列写出。为了将阵中元素按行读出并且构成置换输出，需要将各列比特经过偶采样和奇采样置换后，然后对各行进行逆序。其置换规则见下表：
毕业设计(论文)-DES加密算法分析
毕业设计（论文）-DES加密算法分析摘要DES数据加密算法是使用最广的分组加密算法，它作为最著名的保密密钥或对称密钥加密算法，在计算机密码学及计算机数据通信的发展过程中起了重要作用。
本次学年论文是主要是学习介绍DES对称密钥数据加密算法，并用c++实现。
DES 算法具有较高的安全性，为我们进行一般的计算机数据传输活动提供了安全保障。
关键词: 加密与解密，DES算法，S-盒目录摘要 ..................................................................... ........................................................................ ... I 目录 ..................................................................... ........................................................................ .. II 第一章引言 ..................................................................... ............................................................ 1 第二章概述 ..................................................................... (2)2.1 加密与解密 ..................................................................... (2)2.2 单钥密码系统 ..................................................................... .. (2)2.3分组密码的总体结构 ..................................................................... (4)2.4分组密码的安全性 ..................................................................... ..................................... 4 第三章 DES算法简介 ..................................................................... .. (5)3.1简介 ..................................................................... . (5)3.2 DES加密标准 ..................................................................... (6)3.2.1 初始置换IP ..................................................................... .. (7)3.2.2 IP-1是IP的逆置换 ..................................................................... (7)3.2.3 DES算法的迭代过程 ..................................................................... (8)3.2.4 子密钥的生成 ..................................................................... (12)3.3 DES算法的解密过程 ..................................................................... ............................... 13 第四章 DES算法用C++语言实现 ..................................................................... .. (14)4.1设置密钥函数des_setkey() ........................................................... . (14)4.2 f函数和S函数f_func()和s_func() ............................................................... . (14)4.3 DES算法的运行函数des_run( ) ............................................................. (16)4.4 DES算法的主函数voidmain() ................................................................. . (18)4.5 DES的加密过程和举例 ..................................................................... (19)4.6 DES算法的分析 ..................................................................... ....................................... 20 参考文献 ..................................................................... .................................................................. 22 结束语 ..................................................................... ......................................................................23 附录1 DES算法用C++实现的源代码 ..................................................................... . (24)II第一章引言密码学是伴随着战争发展起来的一门科学，其历史可以追溯到古代，并且还有过辉煌的经历。
DES算法的详细分析
DES算法的详细分析DES（Data Encryption Standard）是一种对称密钥算法，被广泛应用于数据加密和解密。
它是1977年由IBM团队开发的，并在1983年成为美国联邦标准。
DES算法使用56位密钥，并对64位的数据块进行加密处理。
在以下的分析中，我将详细介绍DES算法的结构和加密过程。
1.密钥生成：-56位的密钥通过去除每个字节中的奇偶校验位来生成64位的密钥。
-将64位的密钥分为两半，分别称为左部分和右部分，每部分各32位。
-根据密钥的位移表，对左右部分进行循环位移操作。
2. 初始置换（Initial Permutation，IP）：-将原始数据块进行初始置换，重排为新的64位数据块。
-通过置换表，将每个输入位移动到指定的位置。
3. 加密轮次（Round）：-加密过程由16个加密轮次组成。
-每个轮次依次进行以下几个步骤：-将输入数据块分成左右两半，分别称为左部分和右部分，每部分各32位。
-交换左右部分的位置，将右部分作为下一轮的左部分。
- 对右部分进行扩展置换（Expansion Permutation），将32位扩展为48位。
-将扩展后的右部分与轮次的子密钥进行异或运算。
-将异或结果分为8个块，每个块6位，并通过S盒进行替换。
S盒将6位输入映射为4位输出。
-将S盒替换后的结果按指定的顺序进行置换，得到32位的结果。
-将32位的结果与左部分进行异或运算，得到新的右部分。
-保持左部分不变，将新的右部分作为下一轮的左部分。
4. 逆初始置换（Inverse Initial Permutation，IP^-1）：-最后一轮加密完成后，将左右两部分进行交换，并进行逆初始置换。
-通过逆初始置换表将每个输出位移动到原始的位置。
DES算法的安全性是基于密钥长度的。
由于DES算法使用的是56位的密钥，因此理论上可以通过穷举法来破解。
在密码学中，一般认为需要将穷举测试的时间控制在安全水平内，以保证算法的安全性。
DES算法在网上考试系统中的实现和改进
DES算法在网上考试系统中的实现和改进加密算法是数据加密技术的核心,数据库密码系统的加密算法必须适应数据库系统的特性。
针对网上考试系统加密技术,对DES算法进行分析,并在应用基础上进行改进。
标签：密文数据库;DES算法;密钥;数据查询1 DES算法分析从整体结构来看,DES加密算法可以分为三个阶段:1.1初始置换对于给定明文m,通过一个固定的初始置换IP来重新排列m中的所有比特,从而构造比特串m0,我们把64位的比特串拆分成左右两个部分,即m0=IP(m)=L0R0,这里L0由m0的前32位组成,R0由m0的后32位组成;1.2 十六次迭代变换所有十六次迭代具有相同的结构。
第i次迭代运算以前一次迭代的结果和由用户密钥扩展得到的子密钥K i作为输入进行运算;每一次迭代运算只对数据的右半部分R i-1进行变换,并根据如下规则得到L iR i作为下一轮迭代的输入:L i=R i-1 R i=L i-1⊕f(R i-1,K i ),其中⊕表示两个比特串的异或(按位模2加),f是一个非线性函数;1.3 末置换对十六次迭代变换后得到的结果使用IP置换的逆置换IP-1,最后所得到的输出即为密文。
DES的加密运算框图见图1。
在DES算法中,每一轮迭代运算都使用了一个子密钥,子密钥是从用户输入的密钥产生的。
因此,子密钥的强度是DES算法的安全性的保证,甚至可以说DES 算法的安全性完全依赖于所有的密钥。
DES算法子密鑰的生成过程示意见图2。
实际上,K是长度为64的比特串,其中56比特是密钥,8比特是奇偶校验位, 奇偶校验位分布在位于8﹑16……64位置上。
56位密钥经过置换选择1﹑循环左移﹑置换选择2等变换,产生16个子密钥。
DES算法运用了置换、替代、代数等多种密码技术,算法结构紧凑,条理清楚,而且加密与解密算法类似,这些特点都便于将DES算法在工程中实现。
但自从DES作为数据加密标准起,对它的安全性也有着激烈的争论。
电子支付系统中的密码学算法研究与分析
电子支付系统中的密码学算法研究与分析密码学算法在电子支付系统中发挥着重要的作用，它们确保了支付过程的安全性和保密性。
本文将对电子支付系统中常用的密码学算法进行研究与分析，探讨它们的优点和缺点，并提出一些改进的建议。
一、对称密码算法对称密码算法是一种使用相同密钥进行加密和解密的算法。
在电子支付系统中，常见的对称密码算法有DES、AES等。
这些算法具有计算速度快的优点，但同时也存在一些安全性方面的问题。
1. DES算法DES（Data Encryption Standard）是一种广泛应用的对称密码算法。
它使用56位密钥对64位数据进行加密。
DES算法具有以下优点：计算速度快、在大多数计算机上都能很好地实现。
然而，随着计算能力的提高，DES算法的安全性逐渐变得脆弱。
因此，在电子支付系统中使用DES算法可能会面临安全性风险。
为了增强DES算法的安全性，可以采取以下改进措施：1) 使用更长的密钥长度，比如使用Three-DES（3DES）算法，它使用3个56位密钥，对数据进行三重加密，提高了安全性。
2) 使用更强的对称密码算法，比如AES（Advanced Encryption Standard），它具有更高的安全性和更好的性能。
2. AES算法AES（Advanced Encryption Standard）是目前最常用的对称密码算法。
它使用128位、192位或256位密钥对128位数据进行加密。
相比于DES算法，AES算法具有更高的安全性和更好的性能。
在电子支付系统中，使用AES算法可以提供更高的安全性和更好的性能。
然而，为了进一步增强安全性，可以使用更长的密钥长度，同时结合其他密码学技术，如哈希函数和数字签名算法，来实现更强的安全性保护。
二、非对称密码算法非对称密码算法使用一对密钥进行加密和解密，包括公钥和私钥。
在电子支付系统中，常见的非对称密码算法有RSA、Diffie-Hellman等。
非对称密码算法具有很高的安全性，但同时也存在一些缺点。
当前DES算法的发展及主要应用
当前DES算法的发展及主要应用DES算法（Data Encryption Standard）是一种对称的分组密码算法，由IBM 研制并于1977年正式发布。
DES算法最初是为了加密金融数据而设计的，它取代了之前使用的代替密码算法，成为世界上最广泛使用的加密算法之一。
随着时间的推移，DES算法也经历了发展和改进，同时在各个领域中得到了广泛应用。
DES算法采用了数据分组的加密方式，即将明文分成一组一组的数据块，然后对每个数据块进行加密和解密。
DES算法的密钥长度为64位，其中8位用作奇偶校验位，实际有效的密钥长度为56位。
DES算法将明文与密钥进行一系列的置换和替换操作，通过16轮的迭代过程，最终输出密文。
然而，由于DES算法的密钥长度相对较短，存在密码强度不足的问题。
随着计算机技术的快速发展，人们发现了一种称为“穷举攻击”的方法，即通过尝试所有可能的密钥组合，找到正确的密钥解密密文。
由于DES算法的密钥空间只有2的56次方，相对较小，因此在计算速度足够快的情况下，这种穷举攻击是可行的。
因此，DES算法的安全性受到了严重的质疑。
为了解决DES算法的密钥长度过短和存在的其他弱点，人们开发了多种改进和扩展版本的DES算法。
最著名的是Triple-DES（3DES）算法，即使用三个密钥对明文进行三次加密的算法。
Triple-DES算法有效地增加了密钥空间的大小，提升了安全性。
除了3DES算法外，还有一些其他的变体和改进算法，如3-Way 算法、DESX算法和DES魔方算法等。
在应用方面，DES算法的主要应用包括以下几个方面：1. 金融安全：DES算法最初是为了加密金融数据而设计的，因此在金融领域中得到广泛应用。
比如，在信用卡支付、网上银行和电子交易等场景中，DES算法被用于加密和保护敏感数据的安全传输和存储。
2. 数据保护：DES算法可以用于保护敏感数据的机密性和完整性。
比如，在网络通信中，使用DES算法对数据进行加密可以防止数据被窃听和篡改。
DES算法原理与改进
此明 文 会被 分 成 两部 分 ，Ｌ０代 表 左 半部 分 ，Ｒ０代 表 右半 部 分。 输 入密 钥 的长 度 ，达 到 了一次一密 的 结果 。只要 添加 密钥 的 位 数 ，
在初 始置 换 过 程 中并 没有增 加 ＤＥＳ的 安 全性 。
就会 使 破 解 的 难 度 成 指 数 增 加 ，对 于 将 要 进行 攻 击 的攻 击 者 来
３．加 密过 程 。将 初 始 置 换 ＩＰ产 生 的 ３２位 的左 右 两 部 分 做 的 顺 序 能 够 跟 着密 钥 情 况 的 不 同进 行 变 化 ，如 果 该 系统 密 钥 位
为下一 部 分 的输 入 。从 到 Ｌ０ 到 ＬＩ６，Ｒ０到 ＲＩ６ 共 进行 的 是 未 知的 ，那系统 就 很难 被 攻击 。特 别是 能 有效 地 避 免对 差分 密
１６轮 中，左 右 两部 分 向左 移动 一 位；在 其他 轮 ｓ一 盒 的优 化
对 移 位 后产生 值再 做一 次 置换 。以 上便 生成 了一个 ４８位 的密 钥 。
Ｓ一盒 是 ＤＥＳ的 核 心 。对 Ｓ一盒 的 结 构 进 行 优 化 ，让 Ｓ一盒
７天 。总之 ，它 的空 间 大小 已经不 足 以保证 当今 数据 的安 全 。
［４］冯登 园 ．网络 安全原理 与技 术 ．北京：科 学出版 社 ，２００３．
数码世界 ９．１８８
但 是 因为 它 的密 钥 空 间太 小 ，已 经被 进行 了攻 击 。所 以我 们在 其 那 每 轮 生产 的子 密 钥都 一 样 。当密 钥全 ０或 全 １时，或 者 一半 时
存 在 的 问题上 进 行改 进 ，使 ＤＥＳ算 法 的功 能更 加强 大 。
１或 ０时 ，就会 产生 弱 密钥 或 半弱 密钥 【３】。
改进的密码算法设计与分析
改进的密码算法设计与分析密码算法是信息安全领域中至关重要的一部分，它用于保护敏感数据免受未经授权的访问和攻击。
为了应对不断进化的网络威胁，研究人员和密码学家一直在努力设计和改进密码算法，以提供更强大和安全的加密保护。
本文将探讨改进的密码算法设计与分析的相关内容，从密码学基础到常见的密码算法，再到改进之处和分析评价。
首先，让我们先了解一些密码学的基础概念。
密码学是研究如何在不安全的环境中保护信息的科学。
它涉及到两个主要方面：加密和解密。
加密是将原始数据转换为不可读的形式，而解密是将加密后的数据还原为原始数据。
密码算法是加密和解密的数学运算和方法的组合，其目的是在不知道密钥的情况下，不能轻易地解密密文。
现代密码算法可以分为两大类：对称加密和非对称加密。
对称加密使用相同的密钥进行加密和解密，速度较快，但密钥的分发和管理相对复杂。
常见的对称加密算法有DES、AES等。
非对称加密使用一对密钥，一个是公钥用于加密，另一个是私钥用于解密。
非对称加密算法比对称加密算法更安全，但加密解密速度较慢。
常见的非对称加密算法有RSA、ElGamal等。
改进的密码算法设计主要关注以下几个方面：1. 安全性：改进的密码算法应能抵抗各种攻击，包括穷举攻击、差分攻击、线性攻击等。
它应该具有足够的复杂性和随机性，使得攻击者无法通过数学和统计方法破解密文。
2. 效率：虽然安全性是最重要的考虑因素，但密码算法的效率也不容忽视。
一个高效的密码算法应该能够在合理的时间内加密和解密大量的数据。
3. 密钥管理：密钥的安全管理是密码算法的关键。
改进的密码算法应该提供安全的密钥生成、分发和更新机制，以确保密钥不被未经授权的人获得。
4. 抗量子攻击：随着量子计算的快速发展，传统的密码算法可能无法抵御基于量子计算的攻击。
因此，改进的密码算法应该具备抗量子攻击的能力，以确保长期的安全性。
评估和分析密码算法的安全性和性能是必要的。
常见的方法包括理论分析、实验评估和密码分支等。
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DES 密码算法分析与改进王 襄1,曾 嵘2(1.华中科技大学 电信系,湖北武汉 430074;2.十堰职业技术学院 电子工程系,湖北十堰 442000)[摘 要] D ES 是我国信息传递领域中通常采用的密码算法,在金卡工程中得到广泛应用。
本文分析了D ES 算法的加密和解密规则,指出了DES 算法中存在的缺陷,介绍了加强DES 算法安全性的七种改进措施。
[关键词] DES 算法;加密;解密;算法缺陷;改进措施[中图分类号] T N 918 [文献标识码] A [文章编号] 1008 4738(2006)05 0084 03y1 引言随着Internet 和各种局域网的普及,人们越来越多地使用计算机网络传递安全敏感信息,如网上银行业务、商业数据交换、政府秘密信息传递、网上交易电子支付系统等。
同时,如何确保信息的正确认证和严格保密,保护数据信息在传输与处理过程中不被非法窃取和篡改,成为信息安全理论与技术研究的重要内容。
多数情况下,数据加密是保证信息机密性的惟一方法。
由于数据加密算法侧重点不同,产生了多种数据加密技术,到目前为止,已经公开的算法达到数百种。
在我国金卡工程中广泛采用的DES 算法,全称为数据加密标准。
它是一种对二元数据进行加密的算法,属于分组密码算法中最有名的两种常规密码算法之一。
DES 算法以密钥作为加密方法的加密手段,在此标准下可产生72057594037927936 7.2 1016(72Q)个密钥供用户使用。
用户密钥在这72Q 个密钥中随机生成,若在不知密钥情况下进行破译,即使用每微秒可进行一次DES 加密的机器来破译密码也需要超过两千年,故具有极高的保密性和安全性。
由于加密方和解密方必须使用相同的密钥,故DES 算法又属于对称算法。
2 DES 算法分析2.1 DES 算法的加密过程DES(Data Encr yption St andard)数据分组长度为64位,输入的是64位的明文,在64位密钥的控制下产生64位的密文;反之输入64位的密文,输出64位的明文。
64位的密钥中含有8个位的奇偶校验位,所以实际有效密钥长度为56位。
明文数据经过初始置换IP 、16圈迭代的乘积变换、逆初始置换IP -1以及16个子密钥产生器后得到密文数据。
在初始置换IP 时,将64位明文的位置进行置换,得到一个乱序的64位明文组,而后分成左右两段,每段32位,用L 0和R 0表示。
DES 的加密函数f 对32位的段操作:首先将这32位的段选择扩展运算成48位的段;其次将这48位的段和子密钥产生器输出的48位的密钥进行组合并将组合结果作为8个不同S-盒的输入。
每个S-盒的输入是6位,输出是4位;然后将S-盒的32位做置换作为加密函数f 的输出。
经过16圈迭代,最终产生64位密文。
[1](P144~145)令IP 表示初始置换,K i 表示密钥运算,i 为迭代次数变量,K EY 为64位密钥,f 为加密函数,⊕表示逐位模2求和。
则加密过程如下:L 0R 0←IP (〈64位明文〉)L i ←R i ﹣1 i=1, ,16R i ←L i ﹣1⊕f (R i ﹣1,k i )i=1, ,16〈64位密文〉←IP -1(R 16L 16)将第二、第三步骤的运算循环进行16圈后就得到密文组。
算法框图见图1。
[1]P139图1 DES 算法框图84 2006年10月 十堰职业技术学院学报 Oct.,2006 第19卷第5期 Jour nal of Shiy an Technical Institute Vol.19N o.5y[收稿日期] 2006 08 16[作者简介] 王 襄(1965-),男,十堰职业技术学院电子工程系讲师,华中科技大学在读硕士研究生;曾 嵘(1977-),女,十堰职业技术学院电子工程系助理讲师。
2.2 DES算法的解密过程解密是加密的逆过程,只需把16个子密钥的顺序颠倒过来,采用同样的算法。
R16L16←I P(〈64位密文〉)R i﹣1←L iL i﹣1←R i⊕f(R i﹣1,k i) i=1, ,16L0R0←IP(〈64位输入码〉)i=1, ,16〈64位明文〉←IP-1(R0L0)3 DES算法中的缺陷分析通过对DES加、解密过程分析,笔者认为,从技术上讲, DES存在的缺陷主要集中在三个方面:(1)作为分组密码,DES的加密单位仅有64位二进制,这对于数据传输来说太小,因为每个区组仅含8个字符,而且其中某些位还要用于奇偶校验或其他通讯开销。
(2)密钥仅有56位二进制未免太短,各次迭代中使用的密钥K(i)是递推产生的,这种相关性必然降低了密码体制的安全性。
因此,有人认为:在现有的技术条件下用穷举搜索法来寻找正确密钥已趋于可行,因此,若要安全保护10年以上的数据最好不用DES算法。
[2](P217)(3)由于DES算法采用美国国家安全局精心设计的8个S-盒和IP-置换,而实现迭代函数Si所用的S-盒的设计原理尚未公开,其中可能留有隐患。
更有人担心D ES 算法中有 陷门 ,知道秘密的人可以很容易地进行密文解密。
[2](P217)根据目前DES算法的使用情况看,采用DES算法仍然具有极高的安全性。
因为DES对每64位数据块给出一个56位的密钥,整个过程要经历16个加密运算周期(或操作),而56位长的密钥量为256,这意味着如果一台计算机的速度是每一秒钟检测一百万个密钥,则用穷举法搜索一次全部密钥就需要将近2285年的时间。
此外,制造一台破译DES密码的专用密钥搜索计算机,需要有数量巨大的DES专用芯片并行运算,所用费用高昂,非民间可以承受。
[1](P149)可见,在技术上也是难以实现的。
到目前为止,除了有人用穷举搜索法对DES进行过密钥搜索攻击尝试外,还没有发现其他更有效的办法。
当然,近年来也有人提出了差分和线性攻击方案,从理论上讲,其破译性能优于穷举搜索法,但必须有超高速计算机提供支持。
为了应对超高速计算机的问世,使差分或线性攻击成为可能,我们需要考虑对DES算法进行改进,使DES密钥长度再增长一些,以此达到更高的保密程度。
4 对DES算法改进的探讨针对DES算法上的缺陷,各国信息安全专家都在研究,在基本不改变DES算法加密强度条件下增强DES安全性的方法,现在已发展出几十种改进的DES。
经过研究比对,作者认为下述方法具有可行性:4.1 多重DES[3](P358)为了增加密钥的长度,可采用多重加密技术。
将分组密码进行级联,在不同的密钥作用下,连续多次对一组明文进行加密。
对DES,专家的共识是使用三重加密DES,可使加密密钥长度扩展到128位(112位有效)或192位(168位有效)。
以128位的密钥为例,其基本原理是将128位的密钥分为64位的两组(K1,K2):(1)用密钥K1进行DES加密。
(2)用K2对步骤1的结果进行DES解密。
(3)用步骤2的结果使用密钥K1进行DES加密。
如此对明文数据进行三次普通的DES加解密操作,从而提高了加密强度。
据称,目前尚无人找到针对此方案的攻击方法。
4.2 S-盒可变的DES[1](P150~P151)通过优化S-盒的设计,使S-盒的次序随密钥而变化或使S-盒的内容本身是可变的,就可以抵抗破译时差分密码分析,以达到进一步增强DES算法加密强度的目的。
4.3 具有独立子密钥的D ES这种改进是使每圈迭代都使用不同的子密钥,而不是由单个的56位密钥来产生。
因为16圈迭代的每圈都需要48位密钥,所以这种变形的D ES密钥长度是768位。
这一方法可以大大地增加穷举破译难度,相应增强了DES的加密强度,4.4 G-DESG-DES是广义D ES的缩写,设计它的目的是为了提高DES的速度和强度。
将DES的2个32位子组扩充为q 个32位子组,在每圈中只有第q个子组通过f函数变换,并与其他各子组分别异或,而后按组循环右移交换位置。
虽然总的分组长度增加了(分组长度是可变的),但圈函数f保持不变。
4.5 DES-X这是由RSA数据安全公司设计的一种DES的变形用法,已用在M ailSafe电子函件的安全程序和BSA FE的加密工具中。
它采用了白化技术,在n个已知明文下,穷举攻击的运算量为2120/n,而在差分攻击下所需的选择明文数和已知明文数分别为261和260,较DES的强度大得多,大大增加了攻击难度。
4.6 s n D ES iKim等人提出利用布尔函数,构造严格满足雪崩准则SAC的类似于DES的S盒,以此来提高分组密码算法的抗差分和抗线性攻击的能力。
他们提出了五条构造S盒的准则,给出了8个具体的S-盒例,后来经过改进,又提出了s4DES和s5DES方案,进一步提高了抗差分和抗线性攻击性能。
4.7 xDES ixD ES i方案利用DES构造了一族分组密码,加大了数据分组和密钥长度。
当i=0时,就是DES;i>0时,x DES i: GF(2)56i(2i+1) GF(2)128i→G F(2)128i,即为采用密钥长度为56 i (2i+1)位、组长为128 i位的分组密码;当i=1时,它将分组长度加倍,成为密钥长度增至3倍的三轮方案,它比一般三重加密DES快;当i 3时,由于实现复杂而不实用。
5 结束语在上述各种改进方案出现同时,还曾出现过如CRY PT85DES密码算法分析与改进(3)、R-DES等解决方案,后因理论不成熟或实现困难被淘汰。
目前,分组密码的研究仍在不断深入,继DES之后,近年来国际上提出了多种新的分组密码体制,如IDEA(欧洲)、FEA L-8(日本)、L OK I(澳大利亚)、Khufu K haf re(美国)、RC5、Skipjack等。
美国政府在确定最新加密标准A ES 的具体算法时,于2000年10月,通过公开招标,选择了由两位比利时工程师,Pro ton W or ldinternatio nal大学的Joan Daemen和天主教大学电子工程系V incentR ijmen设计的Rijndael算法作为其高级加密标准。
新标准可支持128、192、256位的密钥,美国政府打算在审查和评定后,逐步取代DES。
[参考文献][1]王育民,刘建伟.通信网的安全 理论与技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.[2]冯登国.网络安全原理与技术[M].北京:科学出版社, 2003.[3]谢希仁.计算机网络[M].北京:电子工业出版社,2005.On DES encryption algorithm analysis and its improvementW A NG Xiang1,ZENG Rong2(1.Dept.of Electronics&Information Engin eering,H uaz hong U niver sity of S cien ce&T echnology,W uhan430074Ch ina;2.Dept.of E lectr on ics Eng.,Shiyan Technical Ins titute,Shiyan442000,C hina)Abstract:DES,as the no rmally used passw ord algo rithm,is widely used in electro nic eng ineering.Wit h analysis of D ES encr yption alg o rithm and declassificat ion pr ocess,this pa per pointed o ut its shor tco mings,and intr oduced seven improv e ments to enhance its secur ity.Key words:DES algo rithm;encr yptio n;decr yption;alg or ithm erro rs;improv ements李爱萍、范光老师的数学论文获奖我院公共课部李爱萍老师的《中曲率与全曲率的解法研究》和范光、彭先萌的《论二次齐式的分解因式》两篇论文(载《十堰职业技术学院学报》2006年第2期),在湖北省数学学会高职高专数学研究会的2006年年会上被评为优秀论文,获一等奖。