DES、3DES加密算法原理及其GO语言实现

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DES、3DES加密算法原理及其GO语言实现

2023-08-01 21:20| 来源: 网络整理| 查看: 265

  DES加密算法,为对称加密算法中的一种。70年代初由IBM研发,后1977年被美国国家标准局采纳为数据加密标准,即DES全称的由来:Data Encryption Standard。对称加密算法,是相对于非对称加密算法而言的。两者区别在于,对称加密在加密和解密时使用同一密钥,而非对称加密在加密和解密时使用不同的密钥,即公钥和私钥。常见的DES、3DES、AES均为对称加密算法,而RSA、椭圆曲线加密算法,均为非对称加密算法。     DES是以64比特的明文为一个单位来进行加密的,超过64比特的数据,要求按固定的64比特的大小分组,分组有很多模式,后续单独总结,暂时先介绍DES加密算法。DES使用的密钥长度为64比特,但由于每隔7个比特设置一个奇偶校验位,因此其密钥长度实际为56比特。奇偶校验为最简单的错误检测码,即根据一组二进制代码中1的个数是奇数或偶数来检测错误。  

Feistel网络

  DES的基本结构,由IBM公司的Horst Feistel设计,因此称Feistel网络。在Feistel网络中,加密的每个步骤称为轮,经过初始置换后的64位明文,进行了16轮Feistel轮的加密过程,最后经过终结置换后形成最终的64位密文。如下为Feistel网络的示意图:     64比特明文被分为左、右两部分处理,右侧数据和子密钥经过轮函数f生成用于加密左侧数据的比特序列,与左侧数据异或运算,运算结果输出为加密后的左侧,右侧数据则直接输出为右侧。   其中子密钥为本轮加密使用的密钥,每次Feistel均使用不同的子密钥。子密钥的计算,以及轮函数的细节,稍后下文介绍。由于一次Feistel轮并不会加密右侧,因此需要将上一轮输出后的左右两侧对调后,重复Feistel轮的过程,DES算法共计进行16次Feistel轮,最后一轮输出后左右两侧无需对调。     DES加密和解密的过程一致,均使用Feistel网络实现,区别仅在于解密时,密文作为输入,并逆序使用子密钥。   go标准库中DES算法实现如下:

func cryptBlock(subkeys []uint64, dst, src []byte, decrypt bool) { b := binary.BigEndian.Uint64(src) //初始置换 b = permuteInitialBlock(b) left, right := uint32(b>>32), uint32(b) var subkey uint64 //共计16次feistel轮 for i := 0; i < 16; i++ { //加密和解密使用子密钥顺序相反 if decrypt { subkey = subkeys[15-i] } else { subkey = subkeys[i] } //feistel轮函数 left, right = right, left^feistel(right, subkey) } //最后一轮无需对调 preOutput := (uint64(right) > 28)) rightRotations := ksRotate(uint32(permutedKey 4) //生成子密钥 for i := 0; i < 16; i++ { //合并左右两部分,之后PC-2置换 pc2Input := uint64(leftRotations[i])42、sBoxLocations 42) & 0x3f sBoxLocations 4) //剩余第2、3、4、5位组成列号 column := (sBoxLocation >> 1) & 0xf //feistelBox包括了S盒置换和P盒置换的实现 sBoxResult ^= feistelBox[i][16*row+column] } return sBoxResult } var feistelBox [8][64]uint32 //P盒置换 func permuteBlock(src uint64, permutation []uint8) (block uint64) { for position, n := range permutation { bit := (src >> n) & 1 block |= bit 加密的方式,而是采用了加密->解密->加密的方式。当三重密钥均相同时,前两步相互抵消,相当于仅实现了一次加密,因此可实现对普通DES加密算法的兼容。     3DES解密过程,与加密过程相反,即逆序使用密钥。   如下为三重DES示意图:   如下为3DES兼容DES示意图:   go标准中3DES加密算法的实现如下:

type tripleDESCipher struct { cipher1, cipher2, cipher3 desCipher } func NewTripleDESCipher(key []byte) (cipher.Block, error) { if len(key) != 24 { return nil, KeySizeError(len(key)) } c := new(tripleDESCipher) c.cipher1.generateSubkeys(key[:8]) c.cipher2.generateSubkeys(key[8:16]) c.cipher3.generateSubkeys(key[16:]) return c, nil } //3DES加密 func (c *tripleDESCipher) Encrypt(dst, src []byte) { c.cipher1.Encrypt(dst, src) c.cipher2.Decrypt(dst, dst) c.cipher3.Encrypt(dst, dst) } //3DES解密 func (c *tripleDESCipher) Decrypt(dst, src []byte) { c.cipher3.Decrypt(dst, src) c.cipher2.Encrypt(dst, dst) c.cipher1.Decrypt(dst, dst) } //代码位置src/crypto/des/cipher.go 后记

  相比DES,3DES因密钥长度变长,安全性有所提高,但其处理速度不高。因此又出现了AES加密算法,AES较于3DES速度更快、安全性更高,后续单独总结。



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