数据加密算法--详解DES算法原理与实现 (3)

由调用者负责管理ciphertext所需要的空间。要加密一段较大的数据,可以按照分组加密模式调用des_encipher。为了得到较高的效率,des_encipher可以重用之前的调用中计算出来的子密钥,这可以通过在之后的调用中将NULL传给key,以此来开启这种功能。

复杂度:O(1)

des_decipher

void des_decipher(const unsigned char *ciphertext, unsigned char *plaintext, unsigned char *key);

返回值:无

描述采用DES算法将密文ciphertext的一个64位分组解密。该函数假设ciphertext包含的是通过des_encipher加密过的密文。在key中指定64位的密钥(最后8位将被忽略掉,实际得到56位的密钥)。plaintext是返回的64位的明文组。由调用者负责管理plaintext所需要的空间。要解密一大段的数据,可以按照分组加密模式调用des_decipher。为了获得较高的效率,des_decipher可以重用之前调用中计算出来的子密钥。可以在随后的调用中将NULL传给key,以此来开启这种功能。

复杂度:O(1)

DES算法的实现

考虑到DES算法中涉及的位操作很多,因此DES算法通常都是在硬件中实现。DES算法中的图表和术语(通过线、框画的流程图,以及诸如S盒、P盒这样的术语)使其更倾向于在硬件中实现,当然,软件实现也有它的价值所在。在软件开发中,通过几种基本的指令操作来帮助实现DES中的各种置换、转换以及替换操作都是很有效的。

des_encipher

函数des_encipher将明文的一个64位的明文分组通过DES算法加密。

由于DES的一个很好的特点是同样的过程既能用来加密数据也能用来解密数据,因此des_encipher只需要简单的调用des_main,而des_decipher同样也只需要调用des_main即可。

函数des_main通过使用其参数direction来确定到参数source提供的数据是明文还是密文。direction参数只是简单地修改子密钥的顺序。

在des_encipher中,direction设置为encipher

函数des_main()首先检测参数key是否为NULL。这将允许des_encipher的调用者重用上一次调用时计算出来的子密钥。将子密钥数组subkeys声明为static类型。如果key不为NULL,将计算子密钥。

要计算子密钥,可以按照前面介绍过的步骤(计算16个子密钥)来执行。key的转换是通过函数permute来实现的这里就是根据一个特定的表在一个缓冲区中置换位。假设表中的每个位置(i)上都存在一个值p,函数permute通过将位置p的位移动到位置(i)上来完成对传入的buffer的置换。

要置换密钥,将表Des_Transform(同表1)传给函数permute。必要的旋转操作可以通过调用位操作bit_rot_left来实现。该操作将buffer按照指定的位数向左旋转。每一轮要正确旋转28位的子密钥分组,将表Des_Rotations(同表2)中合适的元素传给bit_rot_left。通过调用permute,并把传入表Des_permuted(同表3),来对每一个子密钥做置换选择。

 要加密一个数据块,首先要执行初始置换。为实现这一步,首先调用函数permute并将表Des_Initial(同表4)传入。然后,将数据分为两个32位的分组:lblk以及rblk。回顾一下,加密数据的大部分工作都是将一系列的操作重复执行16轮。每一轮的主要工作都花在计算函数(f)的值上,将值保存在fblk中。

每一轮操作开始时,将对rblk执行一个扩展置换。为了实现这个步骤,将调用函数permute,并把表Des_Expansion(同表5)传入。然后,通过调用位操作bit_xor来计算扩展后的rblk和某个适当的子密钥的异或值。无论是加密还是解密数据,与本轮操作相关的子密钥都需要参与执行。一旦完成了异或计算,将对结果执行一系列的S盒替换操作。Des_Sbox(同表6)定义了8个用于DES算法中的S盒。对于当前fblk中的每个6位分组,第1位和最后1位联合起来确定Des_Sbox中的行号,而中间的4位用来确定列号。最后执行P盒置换来完成函数f的计算。通过调用permute函数并传入表Des_Pbox(同表7)来实现这个步骤。计算出lblk与函数f的值的异或结果,并交换lblk和rblk来结束一轮的操作。

将上述过程重复16次,每轮一次。当全部16轮操作完成后,将rblk拷贝到target的前32位中,将lblk拷贝到之后的32位中(按照要求,最后一轮不交换lblk和rblk)。最终,通过调用permute并把Des_Final(同表8)传入来完成最后的置换操作。

des_encipher的时间复杂度是O(1),因为加密数据块的所有步骤都能在恒定的时间内完成。

des_decipher

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