DES補充材料
外觀
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作為參考,本文提供了數據加密標準(DES)塊密碼中提到的各種尋找表的細節。
本文件中的數據都是以大端序排列的,也即首位為MSB。
初始置換(IP, Initial permutation)
[編輯]![IP置換過程](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/12/DES-ip.svg/400px-DES-ip.svg.png)
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 | 48 | 40 | 32 | 24 | 16 | 8 |
57 | 49 | 41 | 33 | 25 | 17 | 9 | 1 |
59 | 51 | 43 | 35 | 27 | 19 | 11 | 3 |
61 | 53 | 45 | 37 | 29 | 21 | 13 | 5 |
63 | 55 | 47 | 39 | 31 | 23 | 15 | 7 |
該表顯示了對64位元塊的初始置換,其意義如下:輸出的首位為輸入的第58位元,第二位為50位,依此類推,輸出的最後位為輸入的第7位。
以上資訊為了方便表示被寫成表格形式,但它實際上是一個向量,而非矩陣。
最終置換 (IP-1)
[編輯]![IP-1的過程](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8f/DES-ip-1.svg/400px-DES-ip-1.svg.png)
40 | 8 | 48 | 16 | 56 | 24 | 64 | 32 |
39 | 7 | 47 | 15 | 55 | 23 | 63 | 31 |
38 | 6 | 46 | 14 | 54 | 22 | 62 | 30 |
37 | 5 | 45 | 13 | 53 | 21 | 61 | 29 |
36 | 4 | 44 | 12 | 52 | 20 | 60 | 28 |
35 | 3 | 43 | 11 | 51 | 19 | 59 | 27 |
34 | 2 | 42 | 10 | 50 | 18 | 58 | 26 |
33 | 1 | 41 | 9 | 49 | 17 | 57 | 25 |
IP-1(亦被稱為FP)是IP的逆過程,上表的含義與IP的相似。
擴張函數 (E函數)
[編輯]![E函數](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/46/DES-ee.svg/400px-DES-ee.svg.png)
32 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 |
16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 |
20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 |
24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 |
28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 1 |
擴張函數被作為最初和最終的置換。注意輸入中的某些位在輸出中被用到了不止一次,例如輸入的第5位出現在輸出的第6和8位元。因此,32位元的半塊輸入被擴張到了48位元。
P置換
[編輯]![P permutation](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c4/DES-pp.svg/300px-DES-pp.svg.png)
16 | 7 | 20 | 21 |
29 | 12 | 28 | 17 |
1 | 15 | 23 | 26 |
5 | 18 | 31 | 10 |
2 | 8 | 24 | 14 |
32 | 27 | 3 | 9 |
19 | 13 | 30 | 6 |
22 | 11 | 4 | 25 |
P置換將32位元的半塊數據重新排列。
選擇置換1(PC-1)
[編輯]![PC-1](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/38/DES-pc1.svg/400px-DES-pc1.svg.png)
左 | ||||||
57 | 49 | 41 | 33 | 25 | 17 | 9 |
1 | 58 | 50 | 42 | 34 | 26 | 18 |
10 | 2 | 59 | 51 | 43 | 35 | 27 |
19 | 11 | 3 | 60 | 52 | 44 | 36 |
右 | ||||||
63 | 55 | 47 | 39 | 31 | 23 | 15 |
7 | 62 | 54 | 46 | 38 | 30 | 22 |
14 | 6 | 61 | 53 | 45 | 37 | 29 |
21 | 13 | 5 | 28 | 20 | 12 | 4 |
上表的「左」和「右」兩部分表現了輸入金鑰組成金鑰排程狀態中左右兩部分的過程。主要輸入的64位元數據中只用到了56位,剩餘的8位元可以用於奇偶校驗。
選擇置換2(PC-2)
[編輯]![PC-2](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/52/DES-pc2.svg/400px-DES-pc2.svg.png)
14 | 17 | 11 | 24 | 1 | 5 |
3 | 28 | 15 | 6 | 21 | 10 |
23 | 19 | 12 | 4 | 26 | 8 |
16 | 7 | 27 | 20 | 13 | 2 |
41 | 52 | 31 | 37 | 47 | 55 |
30 | 40 | 51 | 45 | 33 | 48 |
44 | 49 | 39 | 56 | 34 | 53 |
46 | 42 | 50 | 36 | 29 | 32 |
該置換從56位的金鑰排程狀態中取出48位元的子金鑰。
置換盒 (S盒)
[編輯]S1 | ||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
x0000x | x0001x | x0010x | x0011x | x0100x | x0101x | x0110x | x0111x | x1000x | x1001x | x1010x | x1011x | x1100x | x1101x | x1110x | x1111x | |
0yyyy0 | 14 | 4 | 13 | 1 | 2 | 15 | 11 | 8 | 3 | 10 | 6 | 12 | 5 | 9 | 0 | 7 |
0yyyy1 | 0 | 15 | 7 | 4 | 14 | 2 | 13 | 1 | 10 | 6 | 12 | 11 | 9 | 5 | 3 | 8 |
1yyyy0 | 4 | 1 | 14 | 8 | 13 | 6 | 2 | 11 | 15 | 12 | 9 | 7 | 3 | 10 | 5 | 0 |
1yyyy1 | 15 | 12 | 8 | 2 | 4 | 9 | 1 | 7 | 5 | 11 | 3 | 14 | 10 | 0 | 6 | 13 |
S2 | ||||||||||||||||
x0000x | x0001x | x0010x | x0011x | x0100x | x0101x | x0110x | x0111x | x1000x | x1001x | x1010x | x1011x | x1100x | x1101x | x1110x | x1111x | |
0yyyy0 | 15 | 1 | 8 | 14 | 6 | 11 | 3 | 4 | 9 | 7 | 2 | 13 | 12 | 0 | 5 | 10 |
0yyyy1 | 3 | 13 | 4 | 7 | 15 | 2 | 8 | 14 | 12 | 0 | 1 | 10 | 6 | 9 | 11 | 5 |
1yyyy0 | 0 | 14 | 7 | 11 | 10 | 4 | 13 | 1 | 5 | 8 | 12 | 6 | 9 | 3 | 2 | 15 |
1yyyy1 | 13 | 8 | 10 | 1 | 3 | 15 | 4 | 2 | 11 | 6 | 7 | 12 | 0 | 5 | 14 | 9 |
S3 | ||||||||||||||||
x0000x | x0001x | x0010x | x0011x | x0100x | x0101x | x0110x | x0111x | x1000x | x1001x | x1010x | x1011x | x1100x | x1101x | x1110x | x1111x | |
0yyyy0 | 10 | 0 | 9 | 14 | 6 | 3 | 15 | 5 | 1 | 13 | 12 | 7 | 11 | 4 | 2 | 8 |
0yyyy1 | 13 | 7 | 0 | 9 | 3 | 4 | 6 | 10 | 2 | 8 | 5 | 14 | 12 | 11 | 15 | 1 |
1yyyy0 | 13 | 6 | 4 | 9 | 8 | 15 | 3 | 0 | 11 | 1 | 2 | 12 | 5 | 10 | 14 | 7 |
1yyyy1 | 1 | 10 | 13 | 0 | 6 | 9 | 8 | 7 | 4 | 15 | 14 | 3 | 11 | 5 | 2 | 12 |
S4 | ||||||||||||||||
x0000x | x0001x | x0010x | x0011x | x0100x | x0101x | x0110x | x0111x | x1000x | x1001x | x1010x | x1011x | x1100x | x1101x | x1110x | x1111x | |
0yyyy0 | 7 | 13 | 14 | 3 | 0 | 6 | 9 | 10 | 1 | 2 | 8 | 5 | 11 | 12 | 4 | 15 |
0yyyy1 | 13 | 8 | 11 | 5 | 6 | 15 | 0 | 3 | 4 | 7 | 2 | 12 | 1 | 10 | 14 | 9 |
1yyyy0 | 10 | 6 | 9 | 0 | 12 | 11 | 7 | 13 | 15 | 1 | 3 | 14 | 5 | 2 | 8 | 4 |
1yyyy1 | 3 | 15 | 0 | 6 | 10 | 1 | 13 | 8 | 9 | 4 | 5 | 11 | 12 | 7 | 2 | 14 |
S5 | ||||||||||||||||
x0000x | x0001x | x0010x | x0011x | x0100x | x0101x | x0110x | x0111x | x1000x | x1001x | x1010x | x1011x | x1100x | x1101x | x1110x | x1111x | |
0yyyy0 | 2 | 12 | 4 | 1 | 7 | 10 | 11 | 6 | 8 | 5 | 3 | 15 | 13 | 0 | 14 | 9 |
0yyyy1 | 14 | 11 | 2 | 12 | 4 | 7 | 13 | 1 | 5 | 0 | 15 | 10 | 3 | 9 | 8 | 6 |
1yyyy0 | 4 | 2 | 1 | 11 | 10 | 13 | 7 | 8 | 15 | 9 | 12 | 5 | 6 | 3 | 0 | 14 |
1yyyy1 | 11 | 8 | 12 | 7 | 1 | 14 | 2 | 13 | 6 | 15 | 0 | 9 | 10 | 4 | 5 | 3 |
S6 | ||||||||||||||||
x0000x | x0001x | x0010x | x0011x | x0100x | x0101x | x0110x | x0111x | x1000x | x1001x | x1010x | x1011x | x1100x | x1101x | x1110x | x1111x | |
0yyyy0 | 12 | 1 | 10 | 15 | 9 | 2 | 6 | 8 | 0 | 13 | 3 | 4 | 14 | 7 | 5 | 11 |
0yyyy1 | 10 | 15 | 4 | 2 | 7 | 12 | 9 | 5 | 6 | 1 | 13 | 14 | 0 | 11 | 3 | 8 |
1yyyy0 | 9 | 14 | 15 | 5 | 2 | 8 | 12 | 3 | 7 | 0 | 4 | 10 | 1 | 13 | 11 | 6 |
1yyyy1 | 4 | 3 | 2 | 12 | 9 | 5 | 15 | 10 | 11 | 14 | 1 | 7 | 6 | 0 | 8 | 13 |
S7 | ||||||||||||||||
x0000x | x0001x | x0010x | x0011x | x0100x | x0101x | x0110x | x0111x | x1000x | x1001x | x1010x | x1011x | x1100x | x1101x | x1110x | x1111x | |
0yyyy0 | 4 | 11 | 2 | 14 | 15 | 0 | 8 | 13 | 3 | 12 | 9 | 7 | 5 | 10 | 6 | 1 |
0yyyy1 | 13 | 0 | 11 | 7 | 4 | 9 | 1 | 10 | 14 | 3 | 5 | 12 | 2 | 15 | 8 | 6 |
1yyyy0 | 1 | 4 | 11 | 13 | 12 | 3 | 7 | 14 | 10 | 15 | 6 | 8 | 0 | 5 | 9 | 2 |
1yyyy1 | 6 | 11 | 13 | 8 | 1 | 4 | 10 | 7 | 9 | 5 | 0 | 15 | 14 | 2 | 3 | 12 |
S8 | ||||||||||||||||
x0000x | x0001x | x0010x | x0011x | x0100x | x0101x | x0110x | x0111x | x1000x | x1001x | x1010x | x1011x | x1100x | x1101x | x1110x | x1111x | |
0yyyy0 | 13 | 2 | 8 | 4 | 6 | 15 | 11 | 1 | 10 | 9 | 3 | 14 | 5 | 0 | 12 | 7 |
0yyyy1 | 1 | 15 | 13 | 8 | 10 | 3 | 7 | 4 | 12 | 5 | 6 | 11 | 0 | 14 | 9 | 2 |
1yyyy0 | 7 | 11 | 4 | 1 | 9 | 12 | 14 | 2 | 0 | 6 | 10 | 13 | 15 | 3 | 5 | 8 |
1yyyy1 | 2 | 1 | 14 | 7 | 4 | 10 | 8 | 13 | 15 | 12 | 9 | 0 | 3 | 5 | 6 | 11 |
上表列出了DES中使用的8個S盒。每個S盒將6位輸入變為4位元輸出。給定輸入後,輸出行由外側兩位確定,列由內側的4位元確定,例如「011011」的輸入的外側位為「01」,內側位為「1101」,而每張表的第一行為「00」,第一列為「0000」因此在S5中的對應輸出為「1001」(十進制的9),即第2行,第14列(參見S盒)。
金鑰排程過程中的移位
[編輯]回次 | 左移位數 |
---|---|
1 | 1 |
2 | 1 |
3 | 2 |
4 | 2 |
5 | 2 |
6 | 2 |
7 | 2 |
8 | 2 |
9 | 1 |
10 | 2 |
11 | 2 |
12 | 2 |
13 | 2 |
14 | 2 |
15 | 2 |
16 | 1 |
在子金鑰生成完成前,金鑰排程狀態的每個半塊都要向左迴圈移動特定的位,上表顯示了移位的數量。
參考文獻
[編輯]- Data Encryption Standard (DES) (PDF). NIST. 1999-10-25 [2010-09-22]. FIPS PUB 46-3. (原始內容存檔 (PDF)於2012-04-07).