兄弟连区块链教程区块链背后的信息安全2DES、3DES加密算法原理一

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  区块链教程区块链背后的信息安全2DES、3DES加密算法原理一,2018年下半年,区块链行业正逐渐褪去发展之初的浮躁、回归理性,表面上看相关人才需求与身价似乎正在回落。但事实上,正是初期泡沫的渐退,让人们更多的关注点放在了区块链真正的技术之上。 # DES、3DES加密算法原理及其GO语言实现 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。 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: ```go 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) << 32) | uint64(left)     //终结置换     binary.BigEndian.PutUint64(dst, permuteFinalBlock(preOutput)) } //代码位置src/crypto/des/block.go ``` ## 初始置换和终结置换 进入Feistel轮之前,64位明文需做一次初始置换。Feistel轮结束后,需做一次反向操作,即终结置换。 初始置换和终结置换目的是为加强硬件的破解难度而加的。 附go标准库中使用的初始置换表和终结置换表如下: ```go //初始置换表 var initialPermutation = [64]byte{     6, 14, 22, 30, 38, 46, 54, 62,     4, 12, 20, 28, 36, 44, 52, 60,     2, 10, 18, 26, 34, 42, 50, 58,     0, 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56,     7, 15, 23, 31, 39, 47, 55, 63,     5, 13, 21, 29, 37, 45, 53, 61,     3, 11, 19, 27, 35, 43, 51, 59,     1, 9, 17, 25, 33, 41, 49, 57, } //终结置换表 var finalPermutation = [64]byte{     24, 56, 16, 48, 8, 40, 0, 32,     25, 57, 17, 49, 9, 41, 1, 33,     26, 58, 18, 50, 10, 42, 2, 34,     27, 59, 19, 51, 11, 43, 3, 35,     28, 60, 20, 52, 12, 44, 4, 36,     29, 61, 21, 53, 13, 45, 5, 37,     30, 62, 22, 54, 14, 46, 6, 38,     31, 63, 23, 55, 15, 47, 7, 39, } //代码位置src/crypto/des/const.go ``` ## 子密钥的计算 DES初始密钥为64位,其中8位用于奇偶校验,实际密钥为56位,64位初始密钥经过PC-1密钥置换后,生成56位串。 经PC-1置换后56位的串,分为左右两部分,各28位,分别左移1位,形成C0和D0,C0和D0合并成56位,经PC-2置换后生成48位子密钥K0。 C0和D0分别左移1位,形成C1和D1,C1和D1合并成56位,经PC-2置换后生成子密钥K1。 以此类推,直至生成子密钥K15。但注意每轮循环左移的位数,有如下规定: ```go var ksRotations = [16]uint8{1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1} //代码位置src/crypto/des/const.go ``` go标准库中DES子密钥计算的代码如下: ```go func (c *desCipher) generateSubkeys(keyBytes []byte) {     key := binary.BigEndian.Uint64(keyBytes)     //PC-1密钥置换,生成56位串     permutedKey := permuteBlock(key, permutedChoice1[:])     //56位串分左右两部分,各28位,ksRotate为依次循环左移1位     leftRotations := ksRotate(uint32(permutedKey >> 28))     rightRotations := ksRotate(uint32(permutedKey<<4) >> 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])<<28 | uint64(rightRotations[i])         c.subkeys[i] = permuteBlock(pc2Input, permutedChoice2[:])     } } //代码位置src/crypto/des/block.go ``` 附go标准库中使用的PC-1置换表和PC-2置换表: ```go //PC-1置换表 var permutedChoice1 = [56]byte{     7, 15, 23, 31, 39, 47, 55, 63,     6, 14, 22, 30, 38, 46, 54, 62,     5, 13, 21, 29, 37, 45, 53, 61,     4, 12, 20, 28, 1, 9, 17, 25,     33, 41, 49, 57, 2, 10, 18, 26,     34, 42, 50, 58, 3, 11, 19, 27,     35, 43, 51, 59, 36, 44, 52, 60, } //PC-2置换表 var permutedChoice2 = [48]byte{     42, 39, 45, 32, 55, 51, 53, 28,     41, 50, 35, 46, 33, 37, 44, 52,     30, 48, 40, 49, 29, 36, 43, 54,     15, 4, 25, 19, 9, 1, 26, 16,     5, 11, 23, 8, 12, 7, 17, 0,     22, 3, 10, 14, 6, 20, 27, 24, } //代码位置src/crypto/des/const.go ``` 未完待续感谢关注兄弟连区块链教程分享!

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