隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對信息系統(tǒng)的安全性，信息傳輸?shù)谋Ｃ苄砸笤絹碓礁摺０殡S著通信和計算機技術(shù)發(fā)展起來的現(xiàn)代密碼學(xué)，不僅在解決信息的機密性、而且在解決信息的完整性、可用性和抗抵賴性方面發(fā)揮著不可替代的作用。密碼技術(shù)使得兩個在不安全信道中通信的人，以一種使其敵手不能明白和理解通信內(nèi)容的方式進行通信，保證了信息的安全。就密碼體制而言，一般分為兩類，對稱密碼體制和公鑰密碼體制。

對稱密碼體制其特點是發(fā)送和接收的雙方使用同一密鑰，且該密鑰必須保證不被泄露；加密算法的安全性依賴于密鑰的秘密性，而非算法的秘密性。DES加密算法就是對稱加密體制中的佼佼者。1977年1月，美國政府采納IBM公司設(shè)計的方案作為非機密數(shù)據(jù)的正式數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES)。DES被授權(quán)用于所有公開的和私人的非保密通信場合，后來它又曾被國際標(biāo)準(zhǔn)組織采納為國際標(biāo)準(zhǔn)。

雖然現(xiàn)在DES已不作為數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，但至今它仍然被廣泛的應(yīng)用，而且它是一種最有代表性的分組加密體制。因此，研究這一算法的基本原理、設(shè)計思想、安全性分析以及實際應(yīng)用中有關(guān)問題，對于掌握分組密碼理論和當(dāng)前的實際應(yīng)用都是很有意義的。

一、 DES算法原理

DES是一種分組加密算法。明文分組長度為64位。加密得到的密文分組長度為64位。密鑰長度64位，8個字節(jié)。每一個字節(jié)的最高位用于奇偶效驗，所以有效密鑰長度為56位。其分組加密過程描述如下：①子密鑰Ki的生成。②64位的明文經(jīng)過一個初始置換IP后，被分成左右兩半部分，每個部分32位，以L0和R0表示。③進行16輪迭代變換：第i 輪變換將上一輪變換所得到的結(jié)果的右半部分與第i個子密鑰Ki結(jié)合，這個過程稱為f函數(shù)。第i輪變換結(jié)果的左半部分為上一輪變換結(jié)果的右半部分（即：Li=Ri-1），其右半部分為上一輪變換結(jié)果的左半部與上一輪變換結(jié)果的右半部經(jīng)過F函數(shù)處理所的結(jié)果的異或：Ri=Li-1⊕F(Ri-1,Ki)。④16輪變換之后左右兩部分再連接起來，經(jīng)過一個初始逆置換IP-1得到密文。 其加密過程如圖1所示。

DES的解密算法與加密算法完全相同，只需要將密鑰的應(yīng)用次序與加密時相反應(yīng)用即可。即解密過程是初始置換函IP數(shù)接受長度為64比特的密文輸入， 將16個子密鑰按照K16到K1的順序應(yīng)用與F函數(shù)的16輪迭代運算中, 然后將迭代的結(jié)果經(jīng)由末置換函數(shù)IP-1得到64位的明文輸出。

二、 兩個密鑰的三重DES

由于DES密鑰只有56bit，易于遭受窮舉時攻擊。作為一種替代加密方案，Tuchman提出使用兩個密鑰的三重DES加密方法，并在1985年成為美國的一個商用加密標(biāo)準(zhǔn)。該方法使用兩個密鑰，執(zhí)行三次DES算法，如圖2所示。加密的過程是加密-解密-加密，解密的過程是解密-加密-解密。

采用兩個密鑰進行三重加密的好處有：①兩個密鑰合起來有效密鑰長度有112bit，可以滿足商業(yè)應(yīng)用的需要，若采用總長為168bit的三個密鑰，會產(chǎn)生不必要的開銷。②加密時采用加密-解密-加密，而不是加密-加密-加密的形式，這樣有效的實現(xiàn)了與現(xiàn)有DES系統(tǒng)的向后兼容問題。因為當(dāng)K1=K2時，三重DES的效果就和原來的DES一樣，有助于逐漸推廣三重DES。③三重DES具有足夠的安全性，目前還沒有關(guān)于攻破三重DES的報道。

三、Java語言編程實現(xiàn)DES算法

1、 子密鑰的生成

1) PC-1變換。

將原密鑰的各位按照PC-1矩陣重新排列，這一過程剔除了奇偶校驗位。PC-1如下：

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

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

2) 將排好的密鑰分成兩部分，前面28位為C0,后面28位為D0。

3) 從i=1開始,循環(huán)執(zhí)行16次以下步驟得到16個子密鑰。

① 對Ci-1和Di-1進行相同位數(shù)的循環(huán)左移，得到Ci和Di

左移的位數(shù)為：

i取數(shù)值： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

移 動 數(shù)： 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 22 221

② 連接Ci和Di，按照矩陣PC-2排列選擇合適的位，構(gòu)成子密鑰Ki,該過程將56位壓縮到48位，PC-2如下：

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

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