DES 数据加密标准 复习笔记

---

一、基本属性

• 密码类别：分组密码
• 核心结构：Feistel 结构
• 关键参数
  • 分组长度：64 bit
  • 原始密钥长度：64 bit（含 8 位校验位，实际有效密钥 56 bit）
  • 迭代轮数：16 轮

---

二、整体加密流程

1. 初始置换 IP：对 64 bit 明文按固定规则重排
2. 16 轮 Feistel 迭代：数据拆分为左右各 32 bit，逐轮执行轮函数运算
3. 左右交换：16 轮结束后互换左右两半数据
4. 逆初始置换 $\boldsymbol{IP^{-1}}$：执行 IP 的逆置换，输出 64 bit 密文

flowchart TD
    subgraph 明文输入
        A[64bit 明文]
    end

    subgraph 加密主链路
        B[初始置换 IP]
        C[第 1 轮 Feistel 迭代]
        D["... 共 16 轮迭代 ..."]
        E[第 16 轮 Feistel 迭代]
        F[左右两半交换]
        G[逆初始置换 IP⁻¹]
    end

    subgraph 密钥扩展链路
        K0[64bit 原始密钥]
        K1[置换选择 PC-1\n剔除8位校验位 → 56bit]
        K2[逐轮左循环移位 + PC-2 压缩]
        K3[生成 16 组 48bit 子密钥 K₁~K₁₆]
    end

    subgraph 密文输出
        H[64bit 密文]
    end

    A --> B --> C --> D --> E --> F --> G --> H
    K0 --> K1 --> K2 --> K3
    K3 -->|按轮输入子密钥| C
    K3 -->|按轮输入子密钥| E

---

三、Feistel 轮运算

1. 核心公式

$$
\begin{align*}
L_i &= R_{i-1} \
R_i &= L_{i-1} \oplus F(R_{i-1},\ K_i)
\end{align*}
$$

• $L_i,R_i$：第 $i$ 轮左、右半部分 32 bit 数据
• $F$：轮函数；$K_i$：第 $i$ 轮 48 bit 子密钥

2. 轮函数 F 执行步骤

输入：32 bit 右半数据 $R_{i-1}$；输出：32 bit 运算结果

1. 扩展置换（E 表）：32 bit → 48 bit，匹配子密钥长度，增强扩散性
2. 异或子密钥：48 bit 扩展结果与 48 bit 子密钥 $K_i$ 按位异或
3. S 盒代换
   • 48 bit 分为 8 组，每组 6 bit 对应 1 个 S 盒
   • 单盒规则：6 进 4 出；输入第 1、6 位为行号，第 2~5 位为列号，按行优先查表输出 4 bit
   • 8 盒输出拼接为 32 bit
4. 置换运算（P 表）：对 32 bit 结果重排，强化扩散效果

---

四、子密钥生成（密钥扩展）

1. PC-1 置换：64 bit 原始密钥剔除 8 位校验位，输出 56 bit 有效密钥
2. 分组移位：56 bit 拆分为左 $C_0$、右 $D_0$ 各 28 bit；每轮按规则执行左循环移位
3. PC-2 置换：移位后的 56 bit 压缩置换为 48 bit，得到当前轮子密钥 $K_i$
4. 16 轮共生成 16 个子密钥 $K_1 \sim K_{16}$

---

五、解密规则

解密算法与加密完全一致，仅需将 16 轮子密钥逆序使用（第 1 轮用 $K_{16}$，最后一轮用 $K_1$），是 Feistel 结构的核心优势。

---

六、核心常量变换汇总

类别	变换名称
明文置换	初始置换 IP、逆初始置换 $IP^{-1}$
轮函数变换	扩展 E 表、S 盒代换、置换 P 表
密钥扩展变换	置换选择 PC-1、置换选择 PC-2、左循环移位位数表

---

转载请注明来源，欢迎对文章中的引用来源进行考证，欢迎指出任何有错误或不够清晰的表达。可以在下面评论区评论，也可以邮件至 slowbirdie.top@outlook.com