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3 DES加密标准
本部分主要介绍DES的定义、起源，并介绍DES算法的框架以及DES实际的案例，然后讨论一下DES算法的安全性和DES的应用误区；最后介绍一下DES的拓展算法，例如3DES、AES算法。
3.1 DES介绍和DES算法框架
它出自 IBM 的研究工作，并在 1997 年被美国政府正式采纳。它很可能是使用最广泛的密钥系统，特别是在保护金融数据的安全中，最初开发的 DES 是嵌入硬 件中的。通常，自动取款机（Automated Teller Machine，ATM）都使用 DES。
DES 使用一个 56 位的密钥以及附加的 8 位奇偶校验位，产生最大 64 位的分组大小。这是一个迭代的分组密码，使用称为 Feistel 的技术，其中将加密的文本块分成两半。使用子密钥对其中一半应用循环功能，然后将输出与另一半进行“异或”运算；接着交换这两半，这一过程会继续下去，但最后一个循环不交换。DES 使用 16 个循环。
DES 的主要形式被称为蛮力的或彻底密钥搜索，即重复尝试各种密钥直到有一个符合为止。如果 DES 使用 56 位的密钥，则可能的密钥数量是 2 的 56 次方个。随着计算机系统能力的不断发展，DES 的安全性比它刚出现时会弱得多，然而从非关键性质的实际出发，仍可以认为它是足够的。不过 ，DES 现在仅用于旧系统的鉴定，而更多地选择新的加密标准 — 高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES）。
DES 的常见变体是三重 DES，使用 168 位的密钥对资料进行三次加密的一种机制；它通常（但非始终）提供极其强大的安全性。如果三个 56 位的子元素都相同，则三重 DES 向后兼容 DES。
3.2 DES实例分析
密文到明文的解密过程可采用与加密完全相同的算法。不过解密要用加密的逆变换,就是把上面的最后换位表和初始换位表完全倒过来变换。这里不再赘述。 下面这个例子中演示了如何使用c#中的加密包进行DES算法加密,大家可以借助这个例子一窥DES加密的用法。 des_demo.cs代码如下: using System;
using System.Security.Cryptography;
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using System.IO; using System.Text;
public class EncryptStringDES {
public static void Main(String[] args) { if (args.Length < 1) {
Console.WriteLine(\ encrypt>\ return; }
// 使用UTF8函数加密输入参数
UTF8Encoding utf8Encoding = new UTF8Encoding();
byte[] inputByteArray = utf8Encoding.GetBytes(args [0].ToCharArray());
// 方式一:调用默认的DES实现方法DES_CSP. DES des = DES.Create();
// 方式二:直接使用DES_CSP()实现DES的实体
转贴于 中国//DES_CSP DES = new DES_CSP();
// 初始化DES加密的密钥和一个随机的、8比特的初始化向量(IV) Byte[] key = {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xab, 0xcd, 0xef};
Byte[] IV = {0x12, 0x34, 0x56, 0x78, 0x90, 0xab, 0xcd, 0xef}; des.Key = key; des.IV = IV; // 建立加密流
SymmetricStreamEncryptor sse = des.CreateEncryptor(); // 使用CryptoMemoryStream方法获取加密过程的输出 CryptoMemoryStream cms = new CryptoMemoryStream(); // 将SymmetricStreamEncryptor流中的加密数据输出到 CryptoMemoryStream中 sse.SetSink(cms);
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// 加密完毕,将结果输出到控制台 sse.Write(inputByteArray); sse.CloseStream(); // 获取加密数据
byte[] encryptedData = cms.Data; // 输出加密后结果
Console.WriteLine(\加密结果:\
for (int i = 0; i < encryptedData.Length; i++) { Console.Write(\ }
Console.WriteLine();
//上面演示了如何进行加密,下面演示如何进行解密
SymmetricStreamDecryptor ssd = des.CreateDecryptor(); cms = new CryptoMemoryStream(); ssd.SetSink(cms);
ssd.Write(encryptedData); ssd.CloseStream();
byte[] decryptedData = cms.Data;
char[] decryptedCharArray = utf8Encoding.GetChars(decryptedData); Console.WriteLine(\解密后数据:\ Console.Write(decryptedCharArray); Console.WriteLine(); } } 编译:
D:\\csharp>csc des_demo.cs
Microsoft (R) C# Compiler Version 7.00.8905 [NGWS runtime 2000.14.1812.10]
Copyright (C) Microsoft Corp 2000. All rights reserved. 运行实例:
D:\\csharp>des_demo.exe 使用C#编写DES加密程序的framework 加密结果:
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3D 22 64 C6 57 D1 C4 C3 CF 77 CE 2F D0 E1 78 2A 4D ED 7A A8 83 F9 0E 14 E1 BA 38
7B 06 41 8D B5 E9 3F 00 0D C3 28 D1 F9 6D 17 4B 6E A7 41 68 40
解密后数据:
使用C#编写DES加密程序的framework
DES算法具有极高的安全性,到目前为止,除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外,还没有发现更有效的办法。通过穷尽搜索空间,可获得总共256(大约7.2×1016)个可能的密钥。如果每秒能检测一百万个的话,需要2000年完成检测。可见,这是很难实现的。当然,随着 科学 技术的 发展 ,当出现超高速 计算 机后,可以考虑把DES密钥的长度再增长一些,以此来达到更高的保密程度。随着信息化和数字化社会的发展,随着计算机和Inte rnet的普及,密码学必将在国家安全、 经济 交流、 网络 安全及人民生活等方面发挥更大作用[3]。
3.3 DES的安全性和应用误区
DES算法具有极高安全性，到目前为止，除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外，还没有发现更有效的办法。而56位长的密钥的穷举空间为256，这意味着如果一台计算机的速度是每一秒种检测一百万个密钥，则它搜索完全部密钥就需要将近2285年的时间，可见，这是难以实现的，当然，随着科学技术的发展，当出现超高速计算机后，我们可考虑把DES密钥的长度再增长一些，以此来达到更高的保密程度。
DES算法中只用到64位密钥中的其中56位，而第8、16、24、......64位8个位并未参与DES运算，这一点，向我们提出了一个应用上的要求，即DES的安全性是基于除了8，16，24，......64位外的其余56位的组合变化256才得以保证的。因此，在实际应用中，我们应避开使用第8，16，24，......64位作为有效数据位，而使用其它的56位作为有效数据位，才能保证DES算法安全可靠地发挥作用。如果不了解这一点，把密钥Key的8，16，24，..... .64位作为有效数据使用，将不能保证DES加密数据的安全性，对运用DES来达到保密作用的系统产生数据被破译的危险，这正是DES算法在应用上的误区，留下了被人攻击、被人破译的极大隐患。
3.4 DES的拓展
3.4.1 3DES
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