- Data encrypt standard 数据加密标准
- 入参: 64比特(8个字节、16个16进制数)
- key: 64比特(8个字节、16个16进制数)
- 结果: 64比特(8个字节、16个16进制数)
- DES分两部分：明文的处理以及密钥的编排
- 二进制流处理
-
前置
input: 0123456789abcdef (hex)
key: 133457799bbcdff1(hex)
output: 85e813540f0ab405 (hex)
模式: ECB
-
第0步：初始置换
初始置换表:
PI = [58, 50, 42, 34, 26, 18, 10, 2, 60, 52, 44, 36, 28, 20, 12, 4, 62, 54, 46, 38, 30, 22, 14, 6, 64, 56, 48, 40, 32, 24, 16, 8, 57, 49, 41, 33, 25, 17, 9, 1, 59, 51, 43, 35, 27, 19, 11, 3, 61, 53, 45, 37, 29, 21, 13, 5, 63, 55, 47, 39, 31, 23, 15, 7]
需要对
input重新排列。根据PI表的索引指示，对明文重新排列，58就是找明文第58个注：数的时候input从1开始不是0, 看PI表的顺序为从左到右然后从上至下）
input的二进制表现形式为：
00000001 00100011 01000101 01100111 10001001 10101011 11001101 11101111置换后的结果为：
11001100 00000000 11001100 11111111 11110000 10101010 11110000 10101010 -
第一步：密钥的编排
密钥的二进制表现形式为：
00010011 00110100 01010111 01111001 10011011 10111100 11011111 11110001使用PC1(置换选择表1)，只有56个位置，用法同上。des密钥一共64位，只有56位被使用。
CP_1 = [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]
置换后的结果为：
1111000 0110011 0010101 0101111 0101010 1011001 1001111 0001111注：此时由64为变成了56位
平等拆成两块：
Left0：
1111000 0110011 0010101 0101111Right0：0101010 1011001 1001111 0001111然后进行循环左移，进行一共16轮运算：
SHIFT = [1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1]
L1: 对Left0左移1位, 位数 = SHIFT[0] = 1 得到
1110000 1100110 0101010 1011111R1 : 对right左移1位, 位数 = SHIFT[0] = 1 得到
1010101 0110011 0011110 0011110然后进行拼接：
L1 + R1:1110000 1100110 0101010 1011111 1010101 0110011 0011110 0011110
使用PC2(置换选择表2)进行置换，只有48个位置
CP_2 = [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]
L1R1经过置cp_2置换后的结果为： 00011011 00000010 11101111 11111100 01110000 01110010 , 得到了第一个子密钥k1，注意：此时由56为变成了48位
L2: 对L1进行左移SHIFT[1]位, 得到 110000 1100110 0101010 10111111
R2: 对R1进行左移SHIFT[1]位, 得到 010101 0110011 0011110 00111101
append后得到L2R2与CP_2继续置换生成k2
循环往复直到生成k16，16轮的k/子密钥 -
第二步：明文的处理
上文已经对明文的重排并得到了结果：
11001100 00000000 11001100 11111111 11110000 10101010 11110000 10101010并得到了了16个子密钥把重排的结果分两半 L0:
11001100 00000000 11001100 11111111R0:
11110000 10101010 11110000 10101010L1: R0 (总是上一步的R)
R1: L0 + F(R0, K1) 可以看到得到Rn的公式就是: Rn = Ln -1 + F(Rn -1, kn）, 注: 此刻的+号为异或运算
F 函数中
第一步: E(R0) 和k做异或使用EXPEND表把R0 32位 扩展到48位，因为之后要与密钥异或，密钥都是48位的所以要扩充到48位
[ 32, 1, 2, 3, 4, 5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 28, 29, 30, 31, 32, 1]
得到结果
01111010 00010101 01010101 01111010 00010101 01010101第二步：E(R0) ^ k，和k做异或
得到结果
011000 010001 011110 111010 100001 100110 010100 100111此时为48位。第三步：S(E(R0) ^ k) ，在S盒中找到对应的位置。
把第二步得到的结果经过
B1B2B3B4B5B6B7B8此规则分段，那么就会得到：B1: 011000 B2: 010001 B3: 011110 B4: 111010 B5: 100001 B6: 100110 B7: 010100 B8: 100111 以B1
011000为例，分成两部分：- 第一部分：第一位和最后一位 00，对应的
10进制为0，也就是第0行 - 第二部分：中间4位为1100，对应的
10进制为12列，也就是第12列。
在S盒中从0开始数 （从S_BOX第0个索引开始找），那么就代表着s盒的 第一行第12个 -> 就是5 转成二进制为0101。
以B2
010001为例，分成两部分，因为是B2，就从S_BOX[1]开始数：- 第一部分：第一位和最后一位 01，对应的
10进制为1，也就是第1行 - 第二部分：中间4位为1000，对应的
10进制为8。
从S_BOX第一个索引开始数(1,8 ) -> 12 转成二进制为1100。
最后8轮 * 4位数 S(E(R0) ^ k) 的结果就变成了32位。
S_BOX = [ [[14, 4, 13, 1, 2, 15, 11, 8, 3, 10, 6, 12, 5, 9, 0, 7], [0, 15, 7, 4, 14, 2, 13, 1, 10, 6, 12, 11, 9, 5, 3, 8], [4, 1, 14, 8, 13, 6, 2, 11, 15, 12, 9, 7, 3, 10, 5, 0], [15, 12, 8, 2, 4, 9, 1, 7, 5, 11, 3, 14, 10, 0, 6, 13], ], [[15, 1, 8, 14, 6, 11, 3, 4, 9, 7, 2, 13, 12, 0, 5, 10], [3, 13, 4, 7, 15, 2, 8, 14, 12, 0, 1, 10, 6, 9, 11, 5], [0, 14, 7, 11, 10, 4, 13, 1, 5, 8, 12, 6, 9, 3, 2, 15], [13, 8, 10, 1, 3, 15, 4, 2, 11, 6, 7, 12, 0, 5, 14, 9], ], [[10, 0, 9, 14, 6, 3, 15, 5, 1, 13, 12, 7, 11, 4, 2, 8], [13, 7, 0, 9, 3, 4, 6, 10, 2, 8, 5, 14, 12, 11, 15, 1], [13, 6, 4, 9, 8, 15, 3, 0, 11, 1, 2, 12, 5, 10, 14, 7], [1, 10, 13, 0, 6, 9, 8, 7, 4, 15, 14, 3, 11, 5, 2, 12], ], [[7, 13, 14, 3, 0, 6, 9, 10, 1, 2, 8, 5, 11, 12, 4, 15], [13, 8, 11, 5, 6, 15, 0, 3, 4, 7, 2, 12, 1, 10, 14, 9], [10, 6, 9, 0, 12, 11, 7, 13, 15, 1, 3, 14, 5, 2, 8, 4], [3, 15, 0, 6, 10, 1, 13, 8, 9, 4, 5, 11, 12, 7, 2, 14], ], [[2, 12, 4, 1, 7, 10, 11, 6, 8, 5, 3, 15, 13, 0, 14, 9], [14, 11, 2, 12, 4, 7, 13, 1, 5, 0, 15, 10, 3, 9, 8, 6], [4, 2, 1, 11, 10, 13, 7, 8, 15, 9, 12, 5, 6, 3, 0, 14], [11, 8, 12, 7, 1, 14, 2, 13, 6, 15, 0, 9, 10, 4, 5, 3], ], [[12, 1, 10, 15, 9, 2, 6, 8, 0, 13, 3, 4, 14, 7, 5, 11], [10, 15, 4, 2, 7, 12, 9, 5, 6, 1, 13, 14, 0, 11, 3, 8], [9, 14, 15, 5, 2, 8, 12, 3, 7, 0, 4, 10, 1, 13, 11, 6], [4, 3, 2, 12, 9, 5, 15, 10, 11, 14, 1, 7, 6, 0, 8, 13], ], [[4, 11, 2, 14, 15, 0, 8, 13, 3, 12, 9, 7, 5, 10, 6, 1], [13, 0, 11, 7, 4, 9, 1, 10, 14, 3, 5, 12, 2, 15, 8, 6], [1, 4, 11, 13, 12, 3, 7, 14, 10, 15, 6, 8, 0, 5, 9, 2], [6, 11, 13, 8, 1, 4, 10, 7, 9, 5, 0, 15, 14, 2, 3, 12], ], [[13, 2, 8, 4, 6, 15, 11, 1, 10, 9, 3, 14, 5, 0, 12, 7], [1, 15, 13, 8, 10, 3, 7, 4, 12, 5, 6, 11, 0, 14, 9, 2], [7, 11, 4, 1, 9, 12, 14, 2, 0, 6, 10, 13, 15, 3, 5, 8], [2, 1, 14, 7, 4, 10, 8, 13, 15, 12, 9, 0, 3, 5, 6, 11], ] ]
第四步：P置换，将S盒后得到的结果经过P表进行置换，重新排列后得到32位。
P = [16, 7, 20, 21, 29, 12, 28, 17, 1, 15, 23, 26, 5, 18, 31, 10, 2, 8, 24, 14, 32, 27, 3, 9, 19, 13, 30, 6, 22, 11, 4, 25]
第五步：最后 L0 + f函数
注: 此时+号为异或运算
- 第一部分：第一位和最后一位 00，对应的
-
经过上述步骤周而复始最后得到L16R16，将L16 R16 倒换相加, 最后一轮才倒换，别的轮次不用。
L16:
01000011 01000010 00110010 00110100R16:00001010 01001100 11011001 10010101R16L16:
00001010 01001100 11011001 10010101 01000011 01000010 00110010 00110100 -
最后通过PI_1表进行末位置换得到结果
PI_1 = [40, 8, 48, 16, 56, 24, 64, 32, 39, 7, 47, 15, 55, 23, 63, 31, 38, 6, 46, 14, 54, 22, 62, 30, 37, 5, 45, 13, 53, 21, 61, 29, 36, 4, 44, 12, 52, 20, 60, 28, 35, 3, 43, 11, 51, 19, 59, 27, 34, 2, 42, 10, 50, 18, 58, 26, 33, 1, 41, 9, 49, 17, 57, 25]1.13
-
DES的输入规定是64比特，如果输入的是56比特怎么办？或者是20比特？怎么进行填充？
des分组标准为8字节，缺几个字节就补0几
0123456789 5字节 缺三个字节 补充: 0123456789030303
0123450505050505
0123060606060606
0107070707070707
-
特殊情况 011 1.5字节怎么补充
先补充到 0101，在补充 0101060606060606
-
假如输入就是8字节，那也必须填充，填充一整个分组
0123456789abcdef0808080808080808
如果输入是0808080808080808，就可以看到一个现象：结果为两个相同的8字节拼在一起
-
明文可以缺少可以填充(规则pkcs#7)，密钥是不可以的必须符合要求
-
当明文输入大于64比特怎么办？比如100比特长
padding填充成128比特，就变成了两个分组大小
-
每个分组单独处理？还是彼此之间有联系呢？
这就是工作模式，每个分组单独加密，就好像很多个一分组的DES的这种处理方式。
-
ECB 模式
这种模式有很多好处，我们可以直接for 循环，将很长的输入分成对应个数的分组，每个分组得到结果后拼接在一起就行，而且这也意味着可以并行计算。
如果ECB模式是可行的、安全的，那么我们一定选择它，因为最简单和高效。那也就不会出现别的工作模式了，可惜的是它并不安全。ECB 相同的分组输入，计算后的秘文结果是完全一致的，相同的明文会被加密成相同的密文，这是很危险的。
-
最常用的是CBC模式
其实想法也很朴素，每个明文分组在加密前多一个步骤，和上一个分组的密文块进行异或运算。
因为第一个明文块没有所谓的“上一个分组的密文块“，所以需要人给一个64比特，或者说8字节的输入，我们叫它初始化向量，IV。
接下来想一下，怎么单独的算出它？
在cyberchef中验证一下
明文：123456789ABCDEF0
密钥：133457799BBCDFF1
IV：0123456789ABCDEF
模式：CBC模式
结果：0ecb68bac16aece0 7cbadcfa7a974bcc
按照我们上面的说法，结果的明文应该就是
123456789ABCDEF0和IV0123456789ABCDEF异或的结果。使用cyberchef计算123456789ABCDEF0 ^ 0123456789ABCDEF 得到结果
1317131f1317131f，单独计算其DES加密结果，注意这儿要用ECB模式:0ecb68bac16aece0 fdf2e174492922f8，因为1317131f1317131f是一个分组的长度，所以要填充0808080808080808，fdf2e174492922f8是08的结果，所以不用管。可以发现，第一块加密结果0ecb68bac16aece0正是我们所预期的。接下来看一下第二块，第二块即0808080808080808，按照CBC的规则计算 0ecb68bac16aece0 ^ 0808080808080808 =
06c360b2c962e4e8，单独计算ECB下的06c360b2c962e4e8结果为7cbadcfa7a974bcc fdf2e174492922f8，第二块结果7cbadcfa7a974bcc也完全正确。我们对CBC模式的理解已经到位了。
-
CFB模式
明文：123456789ABCDEF0
密钥：133457799BBCDFF1
IV：0123456789ABCDEF
模式：CFB
结果: 97dc452c95b66af5
IV即0123456789ABCDEF的des加密结果85e813540f0ab405
85e813540f0ab405 与 123456789ABCDEF0 的异或结果是97dc452c95b66af5
-
OFB
明文：123456789ABCDEF0
密钥：133457799BBCDFF1
IV：0123456789ABCDEF
模式：OFB
结果: 97dc452c95b66af5
即一个分组的OFB与CFB是一样一样的
两个分组的计算：
明文：123456789ABCDEF0 123456789ABCDEF0
密钥：133457799BBCDFF1
IV：0123456789ABCDEF
模式：OFB
结果：97dc452c95b66af5 759a2c51fb637db5
直接观察第二个分组
759a2c51fb637db5是如何计算出来呢?它是明文和加密两次的IV的异或结果
明文：
123456789ABCDEF0加密第一次：85e813540f0ab405加密第二次67ae7a2961dfa345f，最后异或 67ae7a2961dfa345f ^ 123456789ABCDEF0 =759a2c51fb637db5
DES算法虽然不算复杂，但可以说是划时代的加密算法。
-
三重DES是什么? 不是把DES做三遍。
-
先加密后解密再加密，这就是标准的3DES，也叫EDE方案，即Encrypt-Decrypt-Encrypt方案。解密时就是解密-加密-解密。
-
需要传入24个字节或者说三个密钥
- 前8字节是第一步DES加密的密钥
- 中间8字节是第二步DES解密的密钥
- 最后8字节是第三步DES加密的密钥
-
为什么要做这种奇怪的设计呢？
1.DES的第二轮是解密，但因为第二轮的密钥并不是真不是正确的密钥，所以会进一步扰乱数据。
2.DES是由IBM公司设计的，3DES的标准自然也是IBM提出的，IBM是这么想的，DES广泛用于银行等系统，这些系统的更新比较慢，因此兼容性问题是很重要的议题。加密-解密-加密的3DES设计，在三个密钥都相同时，就变成了加密-对加密结果解密-再加密，即等同于普通的DES，这就实现了向下兼容。
明文： hex 12345
密钥： 3个密钥 192bits 3个64位的基础key 0123456789abcdef(hex)
k1k2k3
k1: 0123456789abcdef
k2: 0123456789abcdef
k3: 0123456789abcdef
3DES结果: a304f525d2d52cbf
DES的结果: a304f525d2d52cbf
- 结果是一样的，加密 解密 key一样，解密出来的还是原文，在加密就是一遍des加密
- IBM公司为了使DES应用在银行等公司，考虑兼容性，如果换成3个一样的key，结果和DES一样
- k1k2k3不相等 (k1,k2不相等即可，如果k1=k2相等，那么结果又会等与只做了一次k3的DES加密)
- 12345 -> DES加密(k1) -> DES解密(k2) 结果不等于明文, 相当于又做了一次加密，最后又做了一次加密，相当于做了三次加密
- 为什么不直接三次加密嘛，因为是考虑向下兼容，用3个一样的key即可，那么就是简单的DES
-
Cyberchef
Cyberchef 用错误的密钥解密，得不出结果？ 因为des分组长度是64比特，分组：8字节 当使用的input为123456(hex)时，3个字节需要补充为1234560505050505 当解密的时候，Cyberchef会想把后面的05去掉，给你正确的明文，但是我们用不对的key解密的话后面不带05，就没法解析到05，所以就抱错。
