DES算法的应用误区及安全性分析

　　摘要：在银行金融界及非金融界，越来越多地用到了DES 算法， DES 全称为Data Encryption Standard即数据加密算法。下面来说说DES算法的应用误区及安全性分析。

　　DES算法详述

　　DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，它所使用的密钥也是64位，整个算法的主流程图如下：

　　其功能是把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位，其置换规则见下表：

　　58，50，12，34，26，18，10，2，60，52，44，36，28，20，12，4，

　　62，54，46，38，30，22，14，6，64，56，48，40，32，24，16，8，

　　57，49，41，33，25，17， 9，1，59，51，43，35，27，19，11，3，

　　61，53，45，37，29，21，13，5，63，55，47，39，31，23，15，7，

　　即将输入的第58位换到第一位，第50位换到第2位，。。。，依此类推，最后一位是原来的第7位。L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0 是右32位，例：设置换前的输入值为D1D2D3.。。。。.D64，则经过初始置换后的结果为：L0=D58D50.。.D8；R0=D57D49.。.D7。

　　经过26次迭代运算后。得到L16、R16，将此作为输入，进行逆置换，即得到密文输出。逆置换正好是初始置的逆运算，例如，第1位经过初始置换后，处于第40位，而通过逆置换，又将第40位换回到第1位，其逆置换规则如下表所示：

　　40，8，48，16，56，24，64，32，39，7，47，15，55，23，63，31，

　　38，6，46，14，54，22，62，30，37，5，45，13，53，21，61，29，

　　36，4，44，12，52，20，60，28，35，3，43，11，51，19，59，27，

　　34，2，42，10，50，18，58 26，33，1，41， 9，49，17，57，25，

　　放大换位表

　　32， 1， 2， 3， 4， 5， 4， 5， 6， 7， 8， 9， 8， 9， 10，11，

　　12，13，12，13，14，15，16，17，16，17，18，19，20，21，20，21，

　　22，23，24，25，24，25，26，27，28，29，28，29，30，31，32， 1，

　　单纯换位表

　　16，7，20，21，29，12，28，17， 1，15，23，26， 5，18，31，10，

　　2，8，24，14，32，27， 3， 9，19，13，30， 6，22，11， 4，25，

　　在f（Ri，Ki）算法描述图中，S1，S2.。.S8为选择函数，其功能是把6bit数据变为4bit数据。下面给出选择函数Si（i=1，2.。。。。.8）的功能表：

　　选择函数Si

　　S1：

　　14，4，13，1，2，15，11，8，3，10，6，12，5，9，0，7，

　　0，15，7，4，14，2，13，1，10，6，12，11，9，5，3，8，

　　4，1，14，8，13，6，2，11，15，12，9，7，3，10，5，0，

　　15，12，8，2，4，9，1，7，5，11，3，14，10，0，6，13，

　　S2：

　　15，1，8，14，6，11，3，4，9，7，2，13，12，0，5，10，

　　3，13，4，7，15，2，8，14，12，0，1，10，6，9，11，5，

　　0，14，7，11，10，4，13，1，5，8，12，6，9，3，2，15，

　　13，8，10，1，3，15，4，2，11，6，7，12，0，5，14，9，

　　S3：

　　10，0，9，14，6，3，15，5，1，13，12，7，11，4，2，8，

　　13，7，0，9，3，4，6，10，2，8，5，14，12，11，15，1，

　　13，6，4，9，8，15，3，0，11，1，2，12，5，10，14，7，

　　1，10，13，0，6，9，8，7，4，15，14，3，11，5，2，12，

　　S4：

　　7，13，14，3，0，6，9，10，1，2，8，5，11，12，4，15，

　　13，8，11，5，6，15，0，3，4，7，2，12，1，10，14，9，

　　10，6，9，0，12，11，7，13，15，1，3，14，5，2，8，4，

　　3，15，0，6，10，1，13，8，9，4，5，11，12，7，2，14，

　　S5：

　　2，12，4，1，7，10，11，6，8，5，3，15，13，0，14，9，

　　14，11，2，12，4，7，13，1，5，0，15，10，3，9，8，6，

　　4，2，1，11，10，13，7，8，15，9，12，5，6，3，0，14，

　　11，8，12，7，1，14，2，13，6，15，0，9，10，4，5，3，

　　S6：

　　12，1，10，15，9，2，6，8，0，13，3，4，14，7，5，11，

　　10，15，4，2，7，12，9，5，6，1，13，14，0，11，3，8，

　　9，14，15，5，2，8，12，3，7，0，4，10，1，13，11，6，

　　4，3，2，12，9，5，15，10，11，14，1，7，6，0，8，13，

　　S7：

　　4，11，2，14，15，0，8，13，3，12，9，7，5，10，6，1，

　　13，0，11，7，4，9，1，10，14，3，5，12，2，15，8，6，

　　1，4，11，13，12，3，7，14，10，15，6，8，0，5，9，2，

　　6，11，13，8，1，4，10，7，9，5，0，15，14，2，3，12，

　　S8：

　　13，2，8，4，6，15，11，1，10，9，3，14，5，0，12，7，

　　1，15，13，8，10，3，7，4，12，5，6，11，0，14，9，2，

　　7，11，4，1，9，12，14，2，0，6，10，13，15，3，5，8，

　　2，1，14，7，4，10，8，13，15，12，9，0，3，5，6，11，

　　在此以S1为例说明其功能，我们可以看到：在S1中，共有4行数据，命名为0，1、2、3行；每行有16列，命名为0、1、2、3，。。。。。。，14、15列。

　　现设输入为： D＝D1D2D3D4D5D6

　　令：列＝D2D3D4D5

　　行＝D1D6

　　然后在S1表中查得对应的数，以4位二进制表示，此即为选择函数S1的输出。下面给出子密钥Ki（48bit）的生成算法

　　从子密钥Ki的生成算法描述图中我们可以看到：初始Key值为64位，但DES算法规定，其中第8、16、。。。。。.64位是奇偶校验位，不参与DES运算。故Key 实际可用位数便只有56位。即：经过缩小选择换位表1的变换后，Key 的位数由64 位变成了56位，此56位分为C0、D0两部分，各28位，然后分别进行第1次循环左移，得到C1、D1，将C1（28位）、D1（28位）合并得到56位，再经过缩小选择换位2，从而便得到了密钥K0（48位）。依此类推，便可得到K1、K2、。。。。。。、K15，不过需要注意的是，16次循环左移对应的左移位数要依据下述规则进行：

　　循环左移位数

　　1，1，2，2，2，2，2，2，1，2，2，2，2，2，2，1

　　以上介绍了DES算法的加密过程。DES算法的解密过程是一样的，区别仅仅在于第一次迭代时用子密钥K15，第二次K14、。。。。。。，最后一次用K0，算法本身并没有任何变化。

　　DES算法的安全性

　　自分组密码（DES算法）1977年首次公诸于世以来，引起了学术界和企业界的广泛重视。学术界对DES密码进行了深入的研究，围绕它的安全性和破译方法展开了激烈的争论，在一定意义上对密码学的理论研究也起了推动作用。同时人们也一直对DES的安全性持怀疑态度，对密钥的长度、迭代次数及S盒的设计众说纷纭

　　1.对称分组密码算法的问题

　　DES是对称的分组密码算法。对称的分组密码算法最主要的问题是：由于加解密双方都要使用相同的密钥，因此在发送、接收数据之前，必须完成密钥的分发。因而，密钥的分发便成了该加密体系中的最薄弱、风险最大的环节，各种基本的手段均很难保障安全地完成此项工作，从而使密钥更新的周期加长，给他人破译密钥提供了机会。实际上这与传统的保密方法差别不大。在历史战争中，破获他国情报的纪录不外是两种方式：一种是在敌方更换“密码本”的过程中截获对方密码本;另一种是敌人密钥变动周期太长，被长期跟踪，找出规律从而被破获。在对称算法中，尽管由于密钥强度增强，跟踪找出规律破获密钥的机会大大减小了，但密钥分发的困难问题几乎无法解决。如，设有n方参与通信，若n方都采用同一个对称密钥，一旦密钥被破解，整个体系就会崩溃;若采用不同的对称密钥则需n（n-1）个密钥，密钥数与参与通信人数的平方数成正比，这便使大系统密钥的管理几乎成为不可能。