1.DES算法的工作原理
DES是个块加密法,按64位块长加密数据,即把64位明文作为DES的输入,产生64位密文输出。加密与解密使用相同的算法和密钥,只是稍作改变。密钥长度位56位,下图显示了DES的工作原理:
DES使用56位密钥。实际上,最初的密钥是64位,但在DES过程开始之前放弃密钥的第8位,从而得到56位密钥,即放弃第8、16、24、32、40、48、56和64位。放弃之前,可以用这些位进行奇偶校验,保证密钥中不包含任何错误。
简单地说,DES利用加密的两个基本属性:替换和变换。DES一共16步,每一步称为一轮,每一轮进行替换与变换步骤,下面介绍DES的主要步骤:
(1)首先将64位明文块送入初始置换函数。
(2)对明文进行初始置换。
(3)初始置换产生转换块的两半,假设为左明文(LPT)和右明文(RPT)。
(4)每个左明文与右明文经过16轮加密过程,各有各的密钥。
(5)最后,将左明文和右明文重新连接起来,对组成的块进行最终置换。
(6)这个过程的结果得到64位密文。
其过程如下图:
2.概念详细解释
依据FIPS PUB 46-3标准的DEA(Data Encryption Algorithm,数据加密算法),具体来说,是单DES(Data Encryption Standard,数据加密标准)在ECB(Electronic Codebook,电子密码本)模式下,使用一个具有奇校验的64位DES密钥。下面是对这些概念的详细解释:
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FIPS PUB 46-3:这是美国联邦信息处理标准(Federal Information Processing Standards,FIPS)中的一个文件,它详细规定了DES算法的使用。FIPS是由美国国家标准与技术研究院(NIST)发布的,用于确保联邦政府的计算机系统安全。
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DEA:在FIPS PUB 46-3中,DEA实际上是DES的一个别名。DES是一种对称密钥加密算法,意味着加密和解密使用相同的密钥。
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单DES:指的是仅使用一次DES算法进行加密,与之相对的是多重DES(如3DES),后者通过多次应用DES算法来增强安全性。
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ECB模式:ECB模式是最简单的分组密码加密模式。在这种模式下,明文被分割成固定大小的块(对于DES来说,通常是64位),然后独立加密。由于相同的明文块会产生相同的密文块,因此ECB模式不适合加密较长的数据,因为它不能很好地隐藏数据的模式。
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64位DES密钥:DES算法使用一个64位的密钥进行加密。然而,这64位中的8位是用于奇偶校验的,这意味着实际上只有56位用于加密和解密过程。奇校验要求每个字节(8位)中的1的个数为奇数。
使用具有奇校验的64位DES密钥在ECB模式下进行加密意味着:
- 密钥必须是64位长,且满足奇校验要求。
- 加密过程以64位为一组进行,每组独立加密。
- 由于ECB模式的安全性问题(如易于分析密文模式),通常不推荐在需要高安全性的场合使用。
结论
总的来说,虽然DES算法在历史上曾被广泛使用,但由于其相对较短的密钥长度(实际为56位有效密钥长度)和ECB模式的安全性问题,现在已不再被认为是安全的加密方法。对于新的应用,建议使用更现代的加密算法,如AES(Advanced Encryption Standard,高级加密标准)。