論DES加密系統的發展

瓊臺師范學院信息科學技術學院 梁 棟 胡 鋒

隨著計算機、信息、通信等技術的迅猛發展和廣泛應用，通過互聯網進行信息交互成為一種常態，而同時保密性成為交互中需要重點解決的問題，所以會涉及到密碼保護問題，DES加密技術成為研究重點，隨著數字化生活的全面到來，對數據進行加密保護是所有互聯網產品發展的基礎。從DES加密系統的發展來看，依據DES算法在更多的領域將發揮出積極的作用。

DES通過組織不同的組別來進行密碼算法，通常所使用的是64位密鑰，這種密碼的特點是相對安全性高，當然對于除去8位奇偶的校驗來說，實際密鑰長度為56位，那么在使用二進制對64位的數據進行分組過程中所進行的加密是無法破譯的，它所產生的64位密文數據來進行鎖定。而對于DES密碼來說，它是基于雙向的密碼體系構成，從某種意義上來說它既可以進行加密，也可以通過解密來實現打開，而兩個過程都會使用相同的密碼鑰，所以它具有廣泛的實用性，并且可以重復復制到更多的人去使用。

1 DES加密系統

DES的所有的保密性均依賴于密鑰，這是其一個較大的特點。對于DES算法來說，其入口參數由以下幾個方面組成：一是Key的參數，二是Data的參數，三是Mode的參數，它們之間是相互聯系的。從這三個組成來看，它是把這三個參數理解為密鑰，8個字節共64位的是Key，通常來說都是把DES算法中較為常用的密鑰；而Data也是通過雙向解密來實現的，Key參數相同重復著被加密或被解密的數據實現過程；而Mode可以理解為DES的工作方式，對于這種原理相同的方式所展開的，DES算法主要是通過Mode為加密，需要用到Key去進行對Data的數據進行全面的加密，通過一系列的加密后會生成Data的密碼來進行保密。那么整個過程可以看做有三步，缺少一步都是不行的。而如果用Mode來進行解密，那么Key就成為了加密，所以mode需要為數據Data進行解密，從過程和原理來看幾乎是一樣的，Data的以64位明碼形式出現，作為DES的輸出結果。

1.1 DES基本原則

DES使用了分組密碼設計的兩個原則：一是混淆，它的主要目的是使密文的統計學特性得到較為完整的體現，并與密鑰的數值進行有效的復雜化。二是擴散，通過有效的擴散來實現不同的明文的影響輸送到需要的密文位中，從而使最大可能的在大量的密文中實現消除明文的作用。

1.2 DES的特點

從加密算法的角度來說，DES目前的可靠性和安全性是最好的，主要是體現在具有分組的優勢上，就是很容易進行鎖定和解密，對DES算法來說任何的攻擊和破壞，目前是很難在有效的時間內完成。而56位長的密鑰，按現在一臺計算機的運算速度來看，如果每一秒鐘檢測一百萬個密鑰，則它搜索完全部的密鑰就需要花費幾千年的時間，可見這是難以實現解密的。

1.3 DES的加密過程

DES的加密過程主要分為三階段，對第一階段來說，一開始需要通過置換IP來進行，使需要加密的64位明文完全通過初始置換IP，同時對于輸入分組進行更為有效的置換。接下來就是按照置換所形成的順序，把64位的置換結果分為兩個部分進行呈現，一般是從第1位順位開始到第32順位，這一階段一般是記為L0，而從第33位到第64位記為R0。而對第二階段來說，由于DES采用了典型的Feistel結構，是一個乘積結構的迭代密碼算法。這種算法最大的就是基于迭代關系，其核心的價值輸出是算法所規定的16次迭代變換所左右的，每一次迭代變換都可以是之前迭代變換的繼續，用戶密鑰擴展得到的子密鑰Ki作為輸入；將輸入數據的左右兩部分進行了分組，而右半部分經過函數f后將其輸出，所形成的關系可以與輸入數據的左半部分進行導入和運算，可以通過下面的規則來表示這一過程（假設第i次迭代所得到的結果為LiRi）：Li=Ri-1；Ri=Li-1⊕f（Ri-1，Ki）；在最后一輪左與右半部分并未變換，而是直接將R16L16并在一起作為未置換的輸入。而第三階段是逆（初始）置換。它是初始置換IP的逆置換，記為IP-1。在對16次迭代的結果（R16L16）再使用逆置換IP-1后得到的結果即可作為DES加密的密文Y輸出，即Y=IP-1（R16 L16）。

1.4 DES解密過程

由于DES是對稱密碼解密和加密是交織著進行的，整個算法的原理和使用過程幾乎是相同的。只有一處不同，解密時子密鑰K的使用順序的問題，也就是說解密與加密兩者的順號正好相反，比如子密鑰加密是從K1K2…K16，那么在進行解密時子密鑰順序正好是倒過來，從K16開始…K1，所以在使用DES解密算法的過程中，在進行64位密文作為輸入的過程中，一般情況下是從使用子密鑰K16開始，以此類推一直到K1。

2 DES加密系統優缺點分析

DES加密系統優缺點是與其作為數據加密算法是分不開的，它是一種對稱加密算法，這種對稱性可能是其最大的技術漏洞，會存在被人利用漏洞的可能，目前來說DES是應用最為廣泛的密鑰系統，主流的金融系統的數據安全保護和各大企業的財務部門都采用這種加密技術。對于DES來說，它的優點：DES加密算法密鑰只用到了64位中的56位，這樣具有高的安全性。而它的缺點：分組比較短、密鑰太短、密碼生命周期短、運算速度較慢。

2.1 加密標準與其它系統不同

從DES系統主要是基于它的這個算法，那么從算法來看主要是基于三個不同的參數入口，這三個參數分別由Key、Data、Mode組成，在前文中以經描述過由Key和Mode是可以進行相互的交換來實現，也就是說不管是Key還是Mode都是可以做為加密和解密一方來進行對數據Data的處理。同時與其它的加密系統不同在于DES是對稱的加密標準。

2.2 運行速度不同

由于作為分組密碼的形式產生，DES的加密單位僅有64位，采用二進制算法，這對于數據傳輸來說相對較小，因為每個分組僅含8個字符的量，而且其中某些位還要用于奇偶校驗或其他方式進行。相對來說其處理速度較慢，另外就是在整個加密過程中耗時較長，在這一點上另外的加密技術AES就比DES更有優點，比它內存的需求低，運算速度相對比較快。但是DES加密由于其計算時間冗長，所以不易破解。

2.3 適用范圍不同

DES在數據加密標準化程度較高，其適用于加密大量數據的不同場合。尤其在快速DES芯片的研發上，近幾年來取得了大量的成就，使得DES在未來更有發展的空間和使用價值，而像AES其安全強度和穩定性都有待提高。

圖1 DES加密流程圖

3 DES加密系統應用前景

3.1 DES的應用

隨著科學技術的發展，以現代計算能力，使用經過特殊設計的硬件并行處理24h內即可被破解。雖然如此，在某些簡單應用中，我們還是可以使用DES加密算法。目前DES算法廣泛的運用于像POS機，銀行的ATM，以及一些公交磁卡及智能卡門禁IC卡，還有加油站，以及高速公路收費站點基本上普及到這種密碼系統，所以說應用的領域很廣。如圖1所示。

3.2 DES算法的安全性和發展

DES的安全性是其發展和應用前景最為關注的兩個點，所以從這個角度來看，需要從技術上加以肯定，而安全性的角度來說與密鑰的長度有關。對于DES來說其密鑰的長度與其它的密碼系統比較起來并沒什么優勢，但隨著像3DES系統的發展，這種破譯的難度會越來越大，甚至到了無法搜索密鑰的難度。另外，對DES算法進行某種變型也是完全有可能的，這主要是隨著計算機技術的發展，計算機應用軟件代碼的升級，那么對于DES來說同樣也可以有較大程度的升級和改進，這將有利的提高DES算法安全性。

結束語：對于DES加密算法來說，它的發展基于兩個版塊，一是硬件的發展，二是軟件的發展，只有在這兩個得到同時發展的前提下，DES的應用才會有更好的保障，對于DES來說其自身的加密和解密都有賴于計算機和信息技術的發展，而硬件發展是進一步的鞏固軟件應用能力的平臺，所以二者的同步發展至關重要。