des算法s盒java实现_DES算法详解
本文主要介紹了DES算法的步驟，包括IP置換、密鑰置換、E擴(kuò)展置換、S盒代替、P盒置換和末置換。
1.DES算法簡介
DES算法為密碼體制中的對(duì)稱密碼體制，又被稱為美國數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)。
DES是一個(gè)分組加密算法，典型的DES以64位為分組對(duì)數(shù)據(jù)加密，加密和解密用的是同一個(gè)算法。
密鑰長64位，密鑰事實(shí)上是56位參與DES運(yùn)算(第8、16、24、32、40、48、56、64位是校驗(yàn)位，使得每個(gè)密鑰都有奇數(shù)個(gè)1)，分組后的明文組和56位的密鑰按位替代或交換的方法形成密文組。
DES算法的主要流程如下圖所示，本文按照流程依次介紹每個(gè)模塊。
2.IP置換
IP置換目的是將輸入的64位數(shù)據(jù)塊按位重新組合，并把輸出分為L0、R0兩部分，每部分各長32位。
置換規(guī)則如下表所示：
58
50
42
34
26
18
10
2
60
52
44
36
28
20
12
4
62
54
46
38
30
22
14
6
64
56
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40
32
24
16
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49
41
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25
17
9
1
59
51
43
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27
19
11
3
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53
45
37
29
21
13
5
63
55
47
39
31
23
15
7
表中的數(shù)字代表新數(shù)據(jù)中此位置的數(shù)據(jù)在原數(shù)據(jù)中的位置，即原數(shù)據(jù)塊的第58位放到新數(shù)據(jù)的第1位，第50位放到第2位，……依此類推，第7位放到第64位。置換后的數(shù)據(jù)分為L0和R0兩部分，L0為新數(shù)據(jù)的左32位，R0為新數(shù)據(jù)的右32位。
要注意一點(diǎn)，位數(shù)是從左邊開始數(shù)的，即最0x0000 0080 0000 0002最左邊的位為1，最右邊的位為64。
3.密鑰置換
不考慮每個(gè)字節(jié)的第8位，DES的密鑰由64位減至56位，每個(gè)字節(jié)的第8位作為奇偶校驗(yàn)位。產(chǎn)生的56位密鑰由下表生成(注意表中沒有8,16,24，32,40,48,56和64這8位)：
57
49
41
33
25
17
9
1
58
50
42
34
26
18
10
2
59
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43
35
27
19
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3
60
52
44
36
63
55
47
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23
15
7
62
54
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6
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53
45
37
29
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13
5
28
20
12
4
在DES的每一輪中，從56位密鑰產(chǎn)生出不同的48位子密鑰，確定這些子密鑰的方式如下：
1).將56位的密鑰分成兩部分，每部分28位。
2).根據(jù)輪數(shù)，這兩部分分別循環(huán)左移1位或2位。每輪移動(dòng)的位數(shù)如下表：
輪數(shù)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
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15
16
位數(shù)
1
1
2
2
2
2
2
2
1
2
2
2
2
2
2
1
移動(dòng)后，從56位中選出48位。這個(gè)過程中，既置換了每位的順序，又選擇了子密鑰，因此稱為壓縮置換。壓縮置換規(guī)則如下表(注意表中沒有9，18，22，25，35，38，43和54這8位)：
14
17
11
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1
5
3
28
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6
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2
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40
51
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33
48
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49
39
56
34
53
46
42
50
36
29
32
置換方法同上，此處省略。
4.E擴(kuò)展置換
擴(kuò)展置置換目標(biāo)是IP置換后獲得的右半部分R0，將32位輸入擴(kuò)展為48位(分為4位×8組)輸出。
擴(kuò)展置換目的有兩個(gè)：生成與密鑰相同長度的數(shù)據(jù)以進(jìn)行異或運(yùn)算；提供更長的結(jié)果，在后續(xù)的替代運(yùn)算中可以進(jìn)行壓縮。
擴(kuò)展置換原理如下表：
32
1
2
3
4
5
4
5
6
7
8
9
8
9
10
11
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13
12
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15
16
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16
17
18
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20
21
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25
24
25
26
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28
29
28
29
30
31
32
1
表中的數(shù)字代表位，兩列黃色數(shù)據(jù)是擴(kuò)展的數(shù)據(jù)，可以看出，擴(kuò)展的數(shù)據(jù)是從相鄰兩組分別取靠近的一位，4位變?yōu)?位。靠近32位的位為1，靠近1位的位為32。表中第二行的4取自上組中的末位，9取自下組中的首位。
我們舉個(gè)例子看一下(雖然擴(kuò)展置換針對(duì)的是上步IP置換中的R0，但為便于觀察擴(kuò)展，這里不取R0舉例)：
輸入數(shù)據(jù)0x1081 1001，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制就是0001 0000 1000 0001B，按照上表擴(kuò)展得下表
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
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0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
表中的黃色數(shù)據(jù)是從臨近的上下組取得的，二進(jìn)制為1000 1010 0001 0100 0000 0010 1000 1010 0000 0000 0000 0010B，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制0x8A14 028A 0002。
擴(kuò)展置換之后，右半部分?jǐn)?shù)據(jù)R0變?yōu)?8位，與密鑰置換得到的輪密鑰進(jìn)行異或。
5.S盒代替
壓縮后的密鑰與擴(kuò)展分組異或以后得到48位的數(shù)據(jù)，將這個(gè)數(shù)據(jù)送人S盒，進(jìn)行替代運(yùn)算。替代由8個(gè)不同的S盒完成，每個(gè)S盒有6位輸入4位輸出。48位輸入分為8個(gè)6位的分組，一個(gè)分組對(duì)應(yīng)一個(gè)S盒，對(duì)應(yīng)的S盒對(duì)各組進(jìn)行代替操作。
一個(gè)S盒就是一個(gè)4行16列的表，盒中的每一項(xiàng)都是一個(gè)4位的數(shù)。S盒的6個(gè)輸入確定了其對(duì)應(yīng)的輸出在哪一行哪一列，輸入的高低兩位做為行數(shù)H，中間四位做為列數(shù)L，在S-BOX中查找第H行L列對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)(<32)。
8個(gè)S盒如下：
S盒1
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
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12
11
9
5
3
8
4
1
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8
13
6
2
11
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12
9
7
3
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0
15
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8
2
4
9
1
7
5
11
3
14
10
0
6
13
S盒2
15
1
8
14
6
11
3
4
9
7
2
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0
5
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3
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4
7
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6
9
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5
0
14
7
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4
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1
5
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6
9
3
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8
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1
3
15
4
2
11
6
7
12
0
5
14
9
S盒3
10
0
9
14
6
3
15
5
1
13
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7
11
4
2
8
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7
0
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3
4
6
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2
8
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2
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5
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1
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0
6
9
8
7
4
15
14
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5
2
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S盒4
7
13
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3
0
6
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2
8
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8
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5
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3
4
7
2
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1
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14
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6
9
0
12
11
7
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15
1
3
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5
2
8
4
3
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0
6
10
1
13
8
9
4
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11
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7
2
14
S盒5
2
12
4
1
7
10
11
6
5
8
3
15
13
0
14
9
14
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2
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4
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2
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4
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3
S盒6
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1
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9
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7
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S盒7
4
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S盒8
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0
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7
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9
0
3
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6
11
例如，假設(shè)S盒8的輸入為110011，第1位和第6位組合為11，對(duì)應(yīng)于S盒8的第3行；第2位到第5位為1001，對(duì)應(yīng)于S盒8的第9列。S盒8的第3行第9列的數(shù)字為12，因此用1100來代替110011。注意，S盒的行列計(jì)數(shù)都是從0開始。
代替過程產(chǎn)生8個(gè)4位的分組，組合在一起形成32位數(shù)據(jù)。
S盒代替時(shí)DES算法的關(guān)鍵步驟，所有的其他的運(yùn)算都是線性的，易于分析，而S盒是非線性的，相比于其他步驟，提供了更好安全性。
6.P盒置換
S盒代替運(yùn)算的32位輸出按照P盒進(jìn)行置換。該置換把輸入的每位映射到輸出位，任何一位不能被映射兩次，也不能被略去，映射規(guī)則如下表：
16
7
20
21
29
12
28
17
1
15
23
26
5
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31
10
2
8
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14
32
27
3
9
19
13
30
6
22
11
4
25
表中的數(shù)字代表原數(shù)據(jù)中此位置的數(shù)據(jù)在新數(shù)據(jù)中的位置，即原數(shù)據(jù)塊的第16位放到新數(shù)據(jù)的第1位，第7位放到第2位，……依此類推，第25位放到第32位。
例如0x10A1 0001進(jìn)行P盒置換后變?yōu)?x8000 0886。
0x10A1 0001表現(xiàn)為表的形式(第一位位于左上角)原來為
0
0
0
1
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0
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0
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0
1
經(jīng)P盒變換后為
1
0
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0
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即1000 0000 0000 0000 0000 1000 1000 0110B，十六進(jìn)制為0x8000 0886。
最后，P盒置換的結(jié)果與最初的64位分組左半部分L0異或，然后左、右半部分交換，接著開始另一輪。
7.IP-1末置換
末置換是初始置換的逆過程，DES最后一輪后，左、右兩半部分并未進(jìn)行交換，而是兩部分合并形成一個(gè)分組做為末置換的輸入。末置換規(guī)則如下表：
40
8
48
16
56
24
64
32
39
7
47
15
55
23
63
31
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6
46
14
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22
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44
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28
35
3
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11
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19
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10
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18
58
26
33
1
41
9
49
17
57
25
置換方法同上，此處省略。
經(jīng)過以上步驟，就可以得到密文了。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的des算法s盒java实现_DES算法详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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