密码学-DES密码(二).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二章 分 组 密 码,分组密码概述,分组密码是将明文消息序列,m,1,，,m,2,，,，,m,1k,分成等长的消息组,(m,1,，,m,2,，,，,m,n,),，,(m,n+1,，,m,n+2,，,，,m,2n,),在密钥控制下，,按固定的算法,E,k,一组一组进行加密。加密 后输出等长,密文组,（,y,1,，,，,y,m,),(y,m+1,，,，,y,2m,),第二章 分 组 密 码,加 密 算 法,密 钥,k,明文,(x,1,，,x,2,，,，,x,n,),密文,(y,1,，,y,2,，,，,y,n,),加密一组明文的过程,第二章 分 组 密 码,分组密码设计原则,一般设计原则,混乱,扩散,实现的设计原则,软件,硬件,第二章 分 组 密 码,分组密码的结构,;,分组密码原则,“复杂”,难于分解,“简单”,易于实现,选代密码：,X=Y(0),F,F,F,密钥,K,Y(2),Y(r-1),Y(1),Y(r),Z,(2),Z,(1),Z,(r),第二章 分 组 密 码,分组密码两种类型的总体结构：,Feistal,网络：只改变输入分组的一半,SP,网络,:,改变整个数据分组,典型的分组密码算法,DES,数据加密标准,DES,（,Data Encryption Standard),DES,密码体制,最有名的密码算法,第一个被公开的现代密码,由,IBM,于,1971,年至,1972,年研制成功,分组长度：,64,比特,密钥长度：,56,比特,第二章 分 组 密 码,DES,是一个对称算法：加密和解密用的是同一算法。,目前,DES,已被视为不安全，普遍使用的是变种,triple DES,，即对,64,比特分组加密三次，每次用不同的密钥，,密钥长度总共,168,比特。,第二章 分 组 密 码,第二章 分 组 密 码,比较著名的对称加密算法,算法,注释,Blowfish,块加密；布鲁斯,施奈尔（,Bruce,Schneier,）提出,DES,块加密；,7 0,年代提出,IDEA,块加密（被认为是现有最好的算法）,RC2,RC4RC5,RC6,块加密；,R S A,公司提出,流加密,块加密,块加密,Triple DES,使用三个密钥的加密、解密、加密序列,2.DES,算法描述,1)DES,算法规定,DES,密钥长度规定为,64,位，但实际只使用,56,位，其余的八位用作奇偶校验位。具体地说，在,64,位密钥中,8,的倍数位是校验位，即第,8,，,16,，,24,，,32,，,40,，,48,，,56,和,64,位是校验位，剩下的,56,位则作为真正的密钥。,第二章 分 组 密 码,DES,是一个分组密码。它的入口参数有三个，分别是,Key,、,Data,和,Mode,。,其中,Key,为,64,位，是,DES,算法的工作密钥；,Data,为,64,位，是要被加密或被解密的数据；,Mode,为,DES,的工作方式，分加密或解密两种。,第二章 分 组 密 码,在通信网络的两端，双方约定一致的,Key,，,在通信的源点用,Key,对明文数据进行,DES,加密，然后以密文形式在公共通信网,(,如电话网,),中传输到通信网络的终点，密文数据到达目的地后，用同样的,Key,对密文数据进行解密，便恢复了明文数据。,第二章 分 组 密 码,2)DES,加密过程,DES,算法加密的过程大致可以分为三部分：初始置换、,16,次迭代过程和逆置换，其中在,16,次迭代过程中还必须从密钥中提取子密钥，将,32,位的右半部分扩展为48,位。具体算法过程如下所示。,第二章 分 组 密 码,第二章 分 组 密 码,DES,加密过程,初始置换,密钥（,1,）,密钥（,2,）,密钥（,3,）,密钥（,16,）,64,位明文,逆初始置换,第二章 分 组 密 码,DES,算法加密过程,:,初始置换：,密钥置换：密钥,64,位,56 48,扩展置换：,R,i,从,32 48,S,盒代替：,48 32,P,盒置换：,末置换：,第二章 分 组 密 码,第二章 分 组 密 码,(1),初始置换：在表,2-3,中的,IP,的置换中将明文的第,58,位移到第一位，将第,50,位移到第二位，将第,42,位移到第三位,依次类推。而在表,2-3,中的,IP,的逆置换中，将第一位拉回到第,58,位，第二位拉回到第,50,位，第三位拉回到第,42,位，考察其他的位，也可以得到同,IP,初始置换相对应的位。,所以，称,IP,是,IP,的逆置换。因而，,DES,算法既可以用于加密，又可以用于解密。,表,2-2,初始置换,IP,第二章 分 组 密 码,表,2-3,逆初始置换,IP,-,1,第二章 分 组 密 码,(2),迭代过程,T,。在,DES,算法中，一共要作,16,次迭代过程，顺序记为,T,i,设第,i,次迭代,T,的输入为，其中、,R,分别是左半部分,32,位和右半部分,32,位，则第,i,次迭代的输出为,L,i,=R,i-1,R,i,L,i-1,+,f(R,i-1,K,i,),第,i,次迭代的输出作为第,i+1,次迭代的输入，进行下一次迭代。,第二章 分 组 密 码,R,i-1,压缩置换,扩展置换,S-,盒代替,L,i-1,L,i,密 钥,密 钥,移位,移位,P-,盒转换,R,i,第三章 分 组 密 码,f,f,是将一个,32,位的符号串转换为另一个,32,位的符号串的运算函数，其流程如图,2-4,所示。功能的第一步是将,32,位的输入转换为,48,位，并与迭代密钥按位异或，再把得到的,48,位分为八组，每组六位，分别通过,S,1,，,S,2,，,，,S,8,输出，每组只输出四位，组合成,32,位，这,32,位最后通过置换输出。在计算时，需要计算出。,第三章 分 组 密 码,图,2-4 f(R,i-1,k,i,),的计算过程,第三章 分 组 密 码,第三章 分 组 密 码,图,9-4,中扩增排列的选位表描述了如何将,32,位转换为,48,位的方法，总共八行六列。如果，则,E(R,i-1,)=r,32,r,1,r,2,r,3,r,32,r,1,，,如表,2-5,所示。,表,2-5,扩增排列,E(R),数据在,S,盒中执行混淆动作。八个,S,盒中的每一个,S,盒都是将六位的输入映射为四位的输出。以,S,1,盒为例，盒中的数据排列如表所示。,第三章 分 组 密 码,S,盒的工作原理是这样的：若输入为,101101,其中首尾,(11),两位二进制数转换为十进制数,(3),作为行，中间四位,(0110),二进制数转换为十进制数,(6),作为列。假设从表,2-6,中查得的数为,m,，,0m15,，,m,换为四位二进制数，则就是输入的四位输出。,第三章 分 组 密 码,例如，,S,l,盒的输入为,101101,，在盒中的第三行第六列上的数字是,1,，用二进制数表示为,0001,，则,4,位输出为,0001,。,注意：,S,盒的行和列序号都是从,0,开始的。,第三章 分 组 密 码,单纯置换是对输入的,32,位进行置换，产生,32,位输出。如果输入为,H,i,=r,1,r,2,r,32,，则,P(H,i,)=h16,h,7,h,4,h,25,，,如表,2-6,所示。,表,2-6,单纯置换,P(H),第三章 分 组 密 码,(3),Ki,是由,56,位的密钥,K,确定的,48,位密钥，每一次迭代使用不同的,48,位密钥。密钥,Ki,的生成过程如图所示。,第二章 分 组 密 码,密,钥,的,产,生,过,程,初始密钥,K(64 bit),PC-1,LS,1,C,0,(28 bit)D,0,(28 bit),LS,1,C,1,D,1,LS,2,LS,2,LS,16,LS,16,C,16,D,16,PC-2,K,1,PC-2,K,16,第三章 分 组 密 码,子密钥的初始值为,64,位。,DES,算法规定其中的第,8,、,16,、,24,、,32,、,40,、,48,、,56,、,64,位,(,共,8,位,),为奇偶校验位，不参与,DES,运算。因此，子密钥的实际可用位数为,56,位。即经过缩小选择换位,1,之后，由,64,位变成,56,位。,第三章 分 组 密 码,将,56,位密钥分成两部分的,28,位密钥，然后这两部分分别循环左移一位或两位，由圈数决定。移位后，再从,56,位中选出,48,位。由于每次都移位，因此每次产生的子密钥都不同。,第二章 分 组 密 码,缩小选择换位表为八行七列，共,56,个元素，分为两个部分：上面四行为,L,0,，,下面四行为,R,0,，,每部分都是,28,位。若密钥,k=d,1,d,2,d,64,，则,L,0,=d,57,d,49,d,36,，,R,0,=d,63,d,55,d,4,。,其中缩小选择换位,1,如表,2-7,所示。然后分别进行第一次循环左移，得到,L,1,、,R,1,。,将,28,位的,L,1,、,28,位的,R,1,合并得到,56,位。经过缩小选择换位,2,如表,2-8,所示，得到,48,位的密钥,K,1,。,同样方法可以得到密钥,K,2,，,K,3,，,，,K,16,。,第二章 分 组 密 码,表,2-7,缩小选择换位,1(PC-1),第二章 分 组 密 码,表,2-8,缩小选择换位,2,DES,解密,加密和解密使用相同算法,不同之处是密钥的次序相反,归纳如下：,R,16,L,16,=IP(64 bit,密文,),R,i-1,=L,i,，,L,i-1,=R,i,f(R,i-1,，,k,i,),，,i=1,2,，,64,64 bit,明文,=IP,-1,(L,0,R,0,),第二章 分 组 密 码,第三章 分 组 密 码,DES,的工作模式（,P28,）,电码本模式（,ECB,）,密码分组链接模式（,CBC,）,密文反馈方式（,CFB,）,输出反馈模式（,OFB,）,电码本模式（,ECB,）,电码本模式（,ECB,）,密码分组链接模式（,CBC,）,密码分组链接模式（,CBC,）,密文反馈方式（,CFB,）,密文反馈方式（,CFB,）,输出反馈模式（,OFB,）,输出反馈模式（,OFB,）,二重,DES,及其问题,二重,DES,及其问题,明 文,三重,DES,密文,DES,加密,密钥,=K,1,DES,解密,密钥,=K,2,DES,加密,密钥,=K,1,/K,3,三重,DES (P30),第三章 分 组 密 码,第三章 分 组 密 码,差分分析法：,基本思想：,通过分析 特定明文差分对相应密文差分影响来获取可能性最大的密钥。,定义,差分分析实例,第三章 分 组 密 码,线性密码分析：,基本思想,攻击方法,第三章 分 组 密 码,其它分组密码,国际数据加密算法,（,International Data Encryption Algorithm,IDEA),IDEA,是使用一个密钥对,64,位数据块进行加密的,常规共享密钥加密算法。,IDEA,使用,128,位密钥进行操作。,与,DES,不同的是,IDEA,不使用置换。,第三章 分 组 密 码,第三章 分 组 密 码,IDEA,算法,1.,混淆特性：三个运算,（,1,）异或 （,2,）模,216,加 （,3,）模,216+1,乘,扩散特性：,MA,运算结构,2.,加密过程,3.,解密过程,第三章 分 组 密 码,高级数据加密标准,(AES,Rijndael,),AES,的设计思想和功能,算法说明,加密流程：,第三章 分 组 密 码,其他算法：,Blowfish,Gost,RC5,第三章 分 组 密 码,第三章 分 组 密 码,第三章 分 组 密 码,