資訊與網路安全技術：第 二章 傳統秘密鑰匙系統  上一頁      下一頁

 

2-8 DES 密碼系統

內容：

2-8-1 DES 的演算流程

『資料加密標準』（Data Encryption Standard, DES） 是 IBM 公司於 1970 年代中期所發展出來的加密系統，並於 1977 年被美國國家標準局製定為標準。DES 在工業界已使用了 20 幾年，它的處理速度非常快，安全性也相當高。DES 演算法的製作原理大多來自 Feistel 架構（如圖 2-8 所示），它的特性歸類如下：

  • 鑰匙長度：56 bits（主鑰匙）。

  • 區塊長度：64 bits。在 DES 演算法中，明文與密文區塊的長度都是 64 bits。

  • 重複次數：每個區塊重複經過加密器計算 16 次，每次計算時使用一把獨立的子鑰匙。

  • 子鑰匙產生器：主鑰匙經過產生器處理之後，產生 16 把子鑰匙，每一把子鑰匙的長度為 48 bits。

  • 演算法相容：基本上，加密與解密演算法是相同的，解密時將子鑰匙輸入順序與加密相反即可。

DES 加密區塊的長度為 64 bits，但一般明文資料都會超過 64 bits，因此以64 bits 為單位，將明文分割為若干個區塊（如圖 2-5 所示），如果最後不足 64 bits，則以 “0” 補足。所產生的密文與明文長度相同，解密時，如有補足部分再將其刪除。另一方面，DES 所用的加密和解密鑰匙的長度也是 64 位元，但在這 64 位元主鑰匙之中，有 8 個位元是同位元檢查碼，是用來檢出錯誤，所以真正用來加密的長度只有 56 個位元。

圖 2-9 為 DES 演算法的加密流程，其中包括下列步驟，每一步驟都有其特殊功能，說明如下：

  • 明文資料分割，每一區塊 64 bits。最後區塊如果不足於 64 bits，則以 “0” 補足 64 bits。

  • 初始排列（Initial Permutation，IP）（換位功能）。

  • 選擇鑰匙（key）Ki，共有 16 把鑰匙，每一把鑰匙的長度是 48 bits。

  • 加密處理（換位與取代功能）。

  • 重複加密處理 16 次，每次使用不同的鑰匙加密。

  • 終結排列（Final Permutation，FP）（換位功能）。

簡單說明如下：開始時，明文資料已被分割成干個區塊，每區塊長度為 64 位元。當明文區塊（M）經過初始排列（IP）處理後得到 T0 = IP(M)；然後將 T0切成兩半（T0 = L0 || R0），再由鑰匙（K）所產生的子鑰匙表（共有 16 把）中選擇出一把子鑰匙，子鑰匙與 T0一起進入加密處理器，處理後產生 T1（= L1 || R1）；下一回合，再重複選擇另一把子鑰匙和 T1作加密處理以產生 T2（= L2 || R2）；重複 16 次相同的步驟（共選用了 16 個鑰匙），得到 T16（= L16 || R16）。之後再經過終結排列（FP）處理得到密文 C = FP(T16)。以下就依照圖 2-9 內的功能方塊圖來分別介紹，我們就可以瞭解整個 DES 的製作原理了。

圖 2-9 DES 演算法的加密流程

2-8-2 DES 密碼系統架構

DES 演算法還是承襲 Feistel 密碼系統架構（如圖 2-8 所示）。我們將連續運算 16 回合的順序，以連接加密處理器的方式將它繪出來，如圖 2-11 所示（祇繪出加密部分，解密部份也雷同），其中陰影部分表示每一回合的運算情形。它的運作程序說明如下：

明文區塊 M 經過初始排列處理後得到 T0 = IP(M)，然後將 T0（64 位元）拆成左右兩個子區塊，各為 32 位元，則 T0成為：

T0 = L0 || R0

L0和 R0經過如下的加密處理：

L1 = R0

R1 = L0⊕ F(R0, K1)

得到 T1 = L1 || R1，其中 K1是由鑰匙選擇表的 16 個鑰匙中選出的。f (R0, K1) 表示 R0和 K1作計算處理，之後再和 L0作 Module-2 加法（亦是 XOR 運算）得到 R1。重複 16 次計算最後可得到 T16 = L16 || R16，如圖 2-11 所示。如果以 Ti表示第 i 次計算，而 Li和 Ri表示 Ti的右半部和左半部區塊，第 i 次的加密處理關係式如下：

Li = Ri-1

Ri = Li⊕ F (Ri-1, Ki)

圖 2-9-1 DES 演算法的加密流程

 

翻轉工作室：粘添壽

 

 

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