基本概念

数学模型

数学模型图如下：

常见的设计方法

1、Feistel结构

结构图：

在密码学研究中，Feistel 密码结构是用于分组密码中的一种对称结构。以它的发明者 Horst Feistel 为名。

Feistel结构是典型的迭代密码.Feistel结构的解密与加密是完全一样的，除了所使用的子密钥的顺序正好相反。

对其简单的理解是：

给明文分组(L,R)对R进行加密密文=加密后的R+L（即LR的位置交换）

补充一个博客，点这里。有兴趣的可以更加详细的了解一波~

2、SPN结构

结构图：

SPN结构也是一种特殊的迭代密码 。SPN结构和Feistel结构相比，可以得到更快速的扩散，但是SPN密码的加解密通常不相似。

除了ppt上的这段描述，没找到其他的简单一点的描述了，知网上看到了几篇论文，之后有时间再拜读吧，从个人角度来看，看到这个spn结构图，瞬间想到了DES加密，之后复习了再来比较下不同~

S-DES(Simplified DES)

S-DES全称Simplified DES，它是一个供教学而非安全的加密算法，与DES的特性和结构类似，但参数小，便于理解。

S-DES算法的输入是一个8位的明文或者密文组和一个10位的密钥，输出是一个8位的密文或者明文组

S-DES算法涉及五个函数：

初始置换IP(initial permutation)复合函数fk1，它是由密钥K确定的，具有置换和替代的运算转换函数SW复合函数fk初始置换IP的逆置换IP-1

ummm，ppt有真题框架概念图，硬是没理解，这里就不放了

1、IP置换

概念图如下：

例题如下：

若IP[] ={2,6,3,1,4,8,5,7};

则IPI[]={4,1,3,5,7,2,8,6}; 注：IPI是IP的逆置换

IP置换的输入是明文或者密文。

若明文X=0111 0110，则IP(X)=1110 1001；

2、扩展

将四位扩展成八位概念图如下：

3、S-Box运算

S盒按下述规则运算：

将第1和第4的输入比特做为2-bit数，指示为S盒的一个行将第2和第3的输入比特做为2-bit数，指示为S盒的一个列如此确定为S盒矩阵的（i,j）数。

例题如下：

若0100为S0盒的输入

（P0,0, P0,3）=(00)=0,并且(P0,1,P0,2)=(1 0)=2，确定了S0中的第0行2列（0，2）的系数为3，记为（1 1）输出。

注：这里用我的理解来说，第一第四位数字乘积为行数，第二第三行乘积为列数，找到对应的值，写成2进制形式，即为输出结果

4、秘钥的生成

5、S-Des实例

4.1、条件：

计算过程如下：

4.2、计算两个子秘钥K1、K2

4.3、第一轮fk函数

4.4、 转换函数SW

注：这里指的是高四位和低四位的交换

4.5、第二轮fk函数

4.6、结果

最终结果为：Homework plaintext = 1110 0100；

数据加密标准－DES

概念

DES是一种明文分组为64比特，有效密钥56比特，输出密文64比特的，具有16轮迭代的分组对称密码算法，DES由初始置换，16轮迭代，初始逆置换组成。

可以看出，DES加密需要四个关键点：

(1)IP置换表和IP-1逆置换表;(2)函数f;(3)子密钥Ki。(4)S盒的工作原理。

IP置换表

F函数

函数f(Ri-1,Ki)有两个输入：32位的Ri-1和48位子密钥Ki，

f函数的处理流程如下图所示:

E-扩展运算

E-扩展运算是扩位运算，将32比特扩展为48比特，用方阵形式可以容易地看出其扩位方法，其中粗方框中的为原始输入数据。

压缩替代 S盒 (Substitution Box)

S盒:

作用：将6个输入位映射为4个输出位；

方法：

若定义6个输入位为a1a2a3a4a5a6，a1代表第1位，a6代表第6将a1a6组成2位二进制数，对应S盒表中的行号；将a2a3a4a5组成一个4位的2进制数，对应S盒表中的列号；映射到交叉点的数据就是该S盒的输出。

举例如下：（选择交叉点的数据可参看上面的S盒图片）

输入为101011的输出是?

a1a6=11->3->第3行

a2a3a4a5=0101->5->第5列

交叉点数据为9转化为二进制为：1001

置换函数P（Permutaion）

P置换的目的是：提供雪崩效应；

明文或密钥的一点小的变动都引起密文的较大变化；

子秘钥

具体代码实现之后添加吧，实验的代码找不到放哪了，ummm

这里贴一个觉得很详细的博客，可和此博文一起对照更好的理解DES，点这里

安全性的改进：

为了增强DES算法的安全性，人们提出了许多DES的改进方案。其中，称为三重DES的多重加密算法是DES的一个重要的改进算法。