DES数据加密标准详解 - 密码学基础

"本文主要介绍了输出反馈模式（Output Feedback, OFB）以及数据加密标准（Data Encryption Standard, DES）。OFB是一种将分组密码转换为流密码的模式，通过不断迭代更新移位寄存器来生成伪随机序列，用于加密和解密数据。而DES是一种经典的分组加密算法，它具有64位的分组长度，56位的有效密钥长度，且使用了16轮的迭代过程，包含替代和置换操作。" 在密码学中，输出反馈模式（OFB）是一种块密码的工作模式，它将块密码转化为一种流密码，使得加密过程更加灵活。OFB模式下，加密和解密的过程依赖于一个初始向量（IV）和一个密钥。在加密时，首先将IV通过密钥加密，然后使用这个加密后的值作为下一个数据块的密钥，接着将这个密钥的输出反馈到下一个块的加密中。这样，每次加密都会受到前一次输出的影响，形成一个连续的伪随机流，用以掩盖原始数据的模式。 具体来说，OFB模式的加密和解密过程如下： 1. 初始化：设置移位寄存器Si，通常传输单位为j位。 2. 加密：Ci是当前明文块Pi与EK(Si)的高j位进行异或的结果，其中EK表示使用密钥进行加密的操作。随后，更新移位寄存器Si，将其左移j位，并将EK(Si)的高j位连接到移位寄存器的最低位，形成Si+1。 3. 解密：与加密过程类似，只是将Ci与EK(Si)的高j位异或，得到原始的明文Pi，同时更新移位寄存器。 接下来，我们转向数据加密标准（DES）。DES是1970年代由IBM公司开发，后来被美国国家标准局采纳为数据加密标准的算法。DES是一种对称加密算法，因为它使用相同的密钥进行加密和解密。DES的分组长度为64位，但其中第8位是奇偶校验位，因此实际有效密钥长度为56位。DES算法采用了16轮迭代，每轮都包含一个替代过程（S-Box）和一个置换过程（P-Box），这些操作设计得既复杂又高效，旨在确保加密的安全性。 DES的加密流程包括以下步骤： 1. 输入64比特的明文数据，经过初始置换IP。 2. 数据被分为左右两部分，每部分32位。 3. 接下来，16轮迭代开始，每轮都包括扩展置换、子密钥产生、异或、S盒替代和P盒置换。 4. 最后，16轮结束后，进行初始逆置换IP-1，输出64比特的密文数据。 DES虽然在当时是一种强大的加密算法，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。为了增强安全性，衍生出了三重DES（3DES）和其他更先进的加密标准，如AES（高级加密标准）。然而，了解DES仍然是理解现代加密系统发展历史的重要部分。