数据加密标准DES详解-密码学基础

"这篇资料是关于密码学基础的讲解，主要聚焦在数据加密标准（DES）和公开密钥算法上，由北京大学网络与信息安全研究室的胡建斌教授提供。内容涵盖DES算法的起源、发展、特点以及加密过程。" 在密码学中，数据加密标准（DES）是一个重要的里程碑，它是由美国IBM公司的W.Tuchman和C.Meyer在1971-1972年间基于Horst Feistel提出的理论研发出来的。DES最初由美国国家标准局（NBS）在广泛征集和评估后采纳，并在1977年正式成为数据加密标准。在此过程中，美国国家安全局（NSA）也参与了算法的设计，将密钥长度从LUCIFER的128位压缩到了56位。DES随后被美国银行协会批准使用，并逐步成为美国和国际上的标准。 DES是一种对称加密算法，其特点是分组加密，即明文和密文都是64位长度的块进行处理。尽管每个64位块中包含8个奇偶校验位，但在实际操作中只使用56位作为有效密钥。DES算法的关键在于其16轮迭代过程，每轮包括替代和置换两个步骤，旨在通过混淆和扩散来增加破解的难度。每一轮中，64位数据会先经过替代操作，然后再进行置换，这种交替进行的方式增强了算法的安全性。 加密过程大致分为以下几个阶段： 1. 输入64比特的明文数据。 2. 进行初始置换IP，将64位数据重新排列。 3. 接着进行16轮迭代，每轮迭代都包含密钥与数据的交互，其中数据被分为左半部分L和右半部分R。 4. 在每轮迭代中，R部分首先通过一个称为轮函数f的复杂过程，结合当前轮密钥k进行运算，然后结果替换回L，形成新的R；同时，旧的L成为新的L。 5. 最后一轮迭代结束后，进行初始逆置换IP-1，将最终的结果转换回原来的64位顺序。 6. 输出64比特的密文数据。 DES虽然在当时被认为是安全的，但由于其56位的密钥长度在现代计算能力下已经不再足够安全，因此现在已经被更强大的算法如AES（高级加密标准）所取代。不过，DES仍然在密码学历史和教育中占有重要地位，它的设计原理和流程为理解现代加密算法提供了基础。