DES补充材料
外观
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作为参考,本文提供了数据加密标准(DES)块密码中提到的各种查找表的细节。
本文档中的数据都是以大端序排列的,也即首位为MSB。
初始置换(IP, Initial permutation)
[编辑]![IP置换过程](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 |
该表显示了对64位块的初始置换,其意义如下:输出的首位为输入的第58位,第二位为50位,依此类推,输出的最后位为输入的第7位。
以上资讯为了方便表示被写成表格形式,但它实际上是一个矢量,而非矩阵。
最终置换 (IP-1)
[编辑]![IP-1的过程](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(亦被称为FP)是IP的逆过程,上表的含义与IP的相似。
扩张函数 (E函数)
[编辑]![E函数](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 |
扩张函数被作为最初和最终的置换。注意输入中的某些位在输出中被用到了不止一次,例如输入的第5位出现在输出的第6和8位。因此,32位的半块输入被扩张到了48位。
P置换
[编辑]![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置换将32位的半块数据重新排列。
选择置换1(PC-1)
[编辑]![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”两部分表现了输入密钥组成密钥调度状态中左右两部分的过程。主要输入的64位数据中只用到了56位,剩余的8位可以用于奇偶校验。
选择置换2(PC-2)
[编辑]![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 |
该置换从56位的密钥调度状态中取出48位的子密钥。
置换盒 (S盒)
[编辑]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个S盒。每个S盒将6位输入变为4位输出。给定输入后,输出行由外侧两位确定,列由内侧的4位确定,例如“011011”的输入的外侧位为“01”,内侧位为“1101”,而每张表的第一行为“00”,第一列为“0000”因此在S5中的对应输出为“1001”(十进制的9),即第2行,第14列(参见S盒)。
密钥调度过程中的移位
[编辑]回次 | 左移位数 |
---|---|
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 |
在子密钥生成完成前,密钥调度状态的每个半块都要向左循环移动特定的位,上表显示了移位的数量。
参考文献
[编辑]- Data Encryption Standard (DES) (PDF). NIST. 1999-10-25 [2010-09-22]. FIPS PUB 46-3. (原始内容存档 (PDF)于2012-04-07).