11/6密码学 Des对称加密设计

对称加密是指加密和解密使用相同密钥的加密方式。Des算法把数据分成长度为64位的数据块，其中8位用作奇偶校，有效密钥长度为56位。它的加密过程包括初始置换、16轮迭代的乘积变换和逆初始置换这些复杂的步骤

举个简单的例子来理解对称加密，就好像你有一个带锁的盒子（代表加密算法），你用一把钥匙（密钥）把东西锁进去（加密），之后要用同一把钥匙才能把东西取出来（解密）。不过DES由于密钥长度相对较短，现在安全性有所下降，已经逐渐被AES等更安全的对称加密算法所替代，但它在密码学的发展历程中有很重要的地位。

1.算法分析

示例场景

假设我们要使用DES加密算法对消息“HELLO”进行加密，设定的密钥为“ABCDEFGH”（实际应用中密钥要复杂且保密得多哦）。

前期准备

• 数据处理：

• DES算法处理的数据单位是64位的分组。首先要把我们要加密的消息“HELLO”转换为二进制数据，并且按照64位为一组进行划分。这里就涉及到字符编码的知识啦，一般常用ASCII编码将字符转换为二进制。比如，“H”的ASCII码是72，转换为二进制就是01001000 。依次把“HELLO”每个字符都转换后，再拼接起来，假设得到的二进制数据是不足64位的（实际这个例子肯定不足啦），那还需要按照规则进行填充，使它达到64位。填充方式有多种，常见的是在末尾添加特定字符（如空格等）对应的二进制数据，直到达到64位。

• 密钥方面，同样要把“ABCDEFGH”转换为二进制数据，并且只取其有效的56位作为真正用于加密的密钥部分，另外8位是用于奇偶校验的，这里先不管校验的事儿，就重点关注那56位有效密钥哦。假设转换后得到了56位的密钥二进制数据。

加密过程

1. 初始置换（IP）

• 含义：这一步是对我们准备好的64位明文分组进行一次固定的位置置换。就好比有一个表格，规定了原来在某个位置的二进制位要换到新的位置上去。

• 示例“算数”：比如说，初始置换规则规定原来的第1位要换到第58位，第2位要换到第50位等等，按照这个规则把64位明文分组里的每一位都进行置换。假如我们之前得到的“HELLO”对应的64位明文分组是（这里简单示意一下，实际很长哦）：0100100001000101010011000100110001001111 （假设经过填充后的哦），按照初始置换规则置换后就会变成另外一个样子的64位数据啦。

2. 16轮迭代的乘积变换

• 轮密钥生成：

• 在进行这16轮迭代之前，要先从我们之前准备好的56位有效密钥生成每一轮需要用到的子密钥。这也是有一套复杂的规则哦。大致过程是，先把56位密钥分成两部分，比如左边28位和右边28位，然后按照特定的旋转规则（比如每轮旋转一定的位数，这个旋转位数在每轮可能还不一样哦）对这两部分分别进行旋转操作，之后再从经过旋转后的两部分中选取特定的位组合成每一轮需要的48位子密钥。比如说，第一轮可能是从经过旋转后的两部分中选取第1到第48位组合成第一轮的子密钥；第二轮又会根据新的旋转和选取规则生成新的子密钥，就这样一轮一轮地生成，总共生成16轮所需的子密钥。

• 示例“算数”：假设56位有效密钥经过第一轮的旋转和选取规则后，生成的第一轮48位子密钥是（简单示意）：10101010101010101010101010101010101010101010101010101010 （实际是根据复杂规则生成的啦）。

• 每轮迭代操作：

• 对于每一轮迭代，都要用当前轮生成的子密钥对经过初始置换后的明文分组进行操作。主要操作包括扩展置换、异或运算、S盒替换、P盒置换等。

• 扩展置换：就是把经过初始置换后的64位明文分组中的部分位按照一定规则扩展成更多的位，比如从32位扩展成48位。这就像是把原本集中在一起的一些二进制信息分散开，方便后续和子密钥进行操作。

• 异或运算：将扩展置换后的48位数据和当前轮的48位子密钥进行异或运算（异或运算就是相同为0，不同为1啦）。比如说，扩展置换后的48位数据是（简单示意）：11111111111111111111111111111111111111111111111111111111 ，和第一轮的子密钥（上面假设的那个）进行异或运算后，得到新的48位数据（根据异或规则计算哦）。

• S盒替换：异或运算后的48位数据要进入S盒进行替换操作。S盒是DES算法中很重要的一个部分，它里面有8个小盒子（每个小盒子可以看成是一个函数哦），每个小盒子接收6位输入数据，然后输出4位数据。所以要把异或运算后的48位数据分成8组，每组6位，分别送入8个S盒中，每个S盒输出4位，这样就总共输出32位数据啦。

• P盒置换：S盒替换后得到的32位数据还要进行P盒置换，这又是一次按照固定规则对32位数据的位置进行重新排列，就像初始置换一样，只不过是针对32位数据啦。经过P盒置换后，就完成了一轮迭代的操作。

3. 逆初始置换（IP^-1）

• 含义：在经过16轮迭代后，得到的数据还要进行一次逆初始置换，就是把前面初始置换的操作反过来做一次，把经过16轮迭代后得到的64位数据的每一位按照逆初始置换规则再换回到原来的位置（当然是相对于初始置换前的那种相对位置啦）。

• 示例“算数”：假设经过16轮迭代后得到的64位数据是（简单示意）：01010101010101010101010101010101010101010101010101010101 ，按照逆初始置换规则置换后，就得到了最终的密文啦，这个密文也是64位的二进制数据。

总结

通过以上一步步的操作，我们就完成了对“HELLO”这个消息的DES加密过程，从原始的消息转换为二进制、经过各种置换、运算和迭代，最终得到了密文。而解密过程就是把这些步骤反过来做，用同样的密钥，按照相反的顺序进行相应的操作，就可以还原出原始消息啦。

2.使用java语言实现DES对称加密

如果有写好的，放在评论区谢谢

原文地址：https://blog.csdn.net/m0_75153577/article/details/143569719

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