２００８年第１期
福建电脑
浅析ＤＥＳ数据加密算法
林新平
（汕头职业技术学院广东汕头５１５０７８）
【摘要】：数据加密可以分为对称密钥加密和非对称密钥加密，其中ＤＥＳ算法属于对称密钥加密。本文简单的描述了ＤＥＳ算法，阐述了其基本的加密原理。
【关键词】：加密；ＤＥＳ算法
１．引言
跨入２１世纪，人类社会已经进入了信息时代，信息已经成为最重要的资源，信息的保密问题就越来越重要了。无论是个人信息通信还是电子商务的发展，都迫切需要保证信息传输的安全以及保证信息的安全。其中，数据加密是信息安全的核心。数据加密就是把信息隐藏起来，使隐藏后的信息在传输的过程
中，即使被窃取或截获，窃取者也不能了解信息的内容，从而保证了信息传输的安全以及信息的安全。数据加密技术是一门学科，它集合了数学、计算机科学、电子与通信等学科于一身。
加密技术发展到今天，主要分为对称加密和非对称加密。其中，对称加密是指使用同样的密钥对数据进行加密和解密。本文讨论的ＤＥＳ算法就是对称加密的一种加密技术，而且也是最重要的一种加密技术之一。
２．ＤＥＳ算法简介
ＤＥＳ（ＤａｔａＥｎｃｒｙｐｔｉｏｎＳｔａｎｄａｒｄ），又称数据加密标准，是美国ＩＢＭ公司于２０世纪７０年代中期的一个密码算法发展而来的，并于１９７７年被美国国家标准局公布为美国数据加密标准。
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该加密算法能达到以下四个要求：其一是，提供高质量的数据保护，防止数据未经授权的泄露和未被察觉的修改；其二是，具有相当高的复杂性，使得破译的开销超过可能获得的利益，同时又便于理解和掌握；其三是，ＤＥＳ密码体制的安全性应该不依赖于算法的保密，其安全性仅以加密密钥的保密为基础；最后，实现经济，运行有效，并且适用于多种完全不同的应用。
ＤＥＳ算法的入口参数有三个：Ｋｅｙ、Ｄａｔａ、Ｍｏｄｅ。其中Ｋｅｙ为８个字节共６４位，是
ＤＥＳ算法的工作密钥；Ｄａｔａ也为８个字节６４位，是要被加密或被解密的数据；Ｍｏｄｅ为ＤＥＳ的工作方式，有加密和解密２种。Ｍｏｄｅ为加密，则用Ｋｅｙ去把数据Ｄａｔａ进行加密，生成Ｄａｔａ的密码形式（６４位）作为ＤＥＳ的输出结果；如Ｍｏｄｅ为解密，则用Ｋｅｙ去把密码形式的数据Ｄａｔａ解密，还原为Ｄａｔａ的明码形式（６４位）作为ＤＥＳ的输出结果。
３．ＤＥＳ算法的加密过程
ＤＥＳ使用５６位密钥对６４位数据块进行加密，需要进行１６轮编码。在每轮编码时，一个４８位的密钥值由５６位的完整密钥通过置换得出来。在每轮编码过程中，６４位数据和每轮密钥值被输入一个成为＂Ｓ＂的盒中，由一
个压码函数对数位进行编码。另
外，在每轮编码开始、过后以及
每轮之间，６４位数据被以一种特
别的方式置换，打乱数位顺序。
在每一步处理中都要从５６位的
主密钥中得出一个唯一的轮次
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密钥。最后，输入的６４位原始数
据被转换成６４位看起来被完全对教师的评价用语
打乱了的输出数据，但可以用解
密算法将其转换成输入时的状
态。
ＤＥＳ加密过程如下图所示：
４．ＤＥＳ算法的加密原理
ＤＥＳ算法的加密过程大致可分成四步：初始置换、迭代过程、子密钥生成和逆置换。首先，对６４位数据分组（明文）作为输入数据按规定的初始置换（初始置换矩阵如下表）重排，再分为两个３２位的分组，分别记为Ｌ０和Ｒ０。接着，Ｒ０与子密钥Ｋ１经过Ｆ函数的运算，得到３２位的输出，再与Ｌ０作逐位进行异或运算（Ｘｏｒ），得到Ｒ１，而下一轮的Ｌ１则是上一轮的Ｒ０，如此迭代
１６轮，最后一轮得到的Ｒ１６与Ｌ１６不必再迭代，直接联结成６４位的数据，然后再作一轮逆置换，得到６４位的最终输出。
第一步，初始置换
初始置换功能是把输入的６４位数据块按位重新组合，搅乱数据的原来的顺序后，并把输出分为Ｌ０，Ｒ０两部分，每部分３２位，其置换规则如下表
初始置换表
也就是将原来的第５８位换到第１位，第５０位换到第２位，……以此类推，最后一位是原来的第７位。Ｌ０和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。例如：置换前的输入值是Ｄ１Ｄ２Ｄ３……Ｄ６４，则经过置换后的结果是Ｌ０＝Ｄ５８Ｄ５０……Ｄ８，Ｒ０＝Ｄ５７Ｄ４９……Ｄ７。
第二步，迭代过程
迭代过程是ＤＥＳ算法的第二步，它将第一步得到的结果分为两半Ｌ０和Ｒ０，设密钥Ｋ＝Ｋ１Ｋ２……Ｋ６４，Ｋｉ的取值为０或者１，ｉ取值为大于等于１并小于等于６４的整数。ＤＥＳ加密算法过程与密钥Ｋ一起作用的１６轮乘积变换可以形式的表示为：Ｌｉ＝Ｒｉ－１少儿识字
Ｒｉ＝Ｌｉ－１!Ｆ（Ｒｉ－１，Ｋｉ）
其中Ｌｉ，Ｒｉ的长度均为３２位。符号为模２加，Ｆ是由密钥Ｋ分解产生并经变化后的一个４８位子密钥。ＤＥＳ最后一轮左半部分右半部分并未交换，而是直接将Ｒ１６Ｌ１６并在一块作为最后置换的输入。对Ｒ１６Ｌ１６进行逆初始置换的目的就是为了使加解密统一使用一个算法。
迭代过程如下图：
第三步，子密钥的生成
使用者所持有的初始密钥是６４位。初始密钥首先经过密钥置换Ａ（如下表所示），生成一个５６位的密钥，接着，将这５６位的密钥分成两个２８位的分组Ｃ０和Ｄ０，再分别经过一个循环左
图１：ＤＥＳ
加密过程
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（上接第５５页）
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方案二
四．图像压缩仿真实验及结论
本实验采用１２８×１２８标准测试图象（图１），小波类型采用ｄｂ９，直接设定阈值压缩。图像质量评价规则采用峰值信噪比ＰＳＮＲ，定义如下：
其中
17uoo游戏交易平台ｐｉ为原图像点值，ｐｉ＊为重建图像点值。
根据方案一、二对实验图像进行ＭＡＴＬＡＢ仿真实验处理，
为了对比压缩效果，对原始图像还进行了单纯小波变换压缩。结果见表１。
图１原始图像１２８１２８表一
方案一
方案二
小波变换
图２标准图象有损压缩对比实验
仿真结果显示，在相同信噪比的情况下，方案一、方案二的压缩率基本高于单纯用小波变换的结果。在高信噪比的情况下方案一优于方案二，在低信噪比的情况下方案二优于方案一。总之，本文提出的奇异值分解（ＳＶＤ）与小波变换结合的图像压缩算法是比较有效的。
参考文献：
西班牙英语
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Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
移函数，得到Ｃ１和Ｄ１。Ｃ１和Ｄ１连接成一个５６位的数据，再按照密钥置换Ｂ（如下表所示）做重排动作，得到了子密钥Ｋ１。Ｃ１和Ｄ１，再分别经过一个循环左移函数得到Ｃ２和Ｄ２，Ｃ２和Ｄ２连接成５６位数据，再按照密钥置换Ｂ做重排动作，这样就产生
了子密钥Ｋ２。
依次下去就产生了子密钥Ｋ３，Ｋ４，……，Ｋ１６。值得注意的是，密钥置换Ａ的输入为６４位，输出为５６位；而密钥置换Ｂ的输入为５６位，输出为４８位。第四步，逆置换
这是ＤＥＳ算法的最后一步，逆置换的作用是把初始置换后已处于混乱状态的６４位数据，变换到原来的正常位置。例如，明文中第５８位数据在初始置换后处于第１位，而通过逆置换后，又将第１位换回到第５８位。逆置换如下表：
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５．结束语
ＤＥＳ算法具有极高的安全性，到目前为止，除了用穷举法对ＤＥＳ算法进行攻击外，还没有发现更有效的方法，而ＤＥＳ的密钥长度是５６，那么它的穷举空间为２的５６次方，这意味着如果一台计算机的速度是每秒钟检测１００万个密钥，则搜索完全部
密钥也需要２２８５年的时间，这是难以实现的。
随着硬件的发展，计算机速度的提高，这是，我们可以把ＤＥＳ密钥的长度增长，可
以达到更高的保密程度。
ＤＥＳ算法对大量明文数据加密具有极高的安全性，但对少量明文数据加密的安全性较差。本文通过分析ＤＥＳ算法对明文的实质加密过程，可以看出，在应用ＤＥＳ算法的某些领域，ＤＥＳ算法应用还存在不足，破译者较易得出明文，将严重影响ＤＥＳ算法的安全强度，必须进一步加强安全防范。
在上述情况下，为提高安全性能，可在明文（口令密码）初始置换之前用传统的加密法进行加密，使明文变得无含义，生成第二明文，然后对第二明文进行ＤＥＳ加密。
参考文献：
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期
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