兄弟连区块链教程区块链背后的信息安全2DES、3DES加密算法原理二

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## Feistel轮函数 每次Feistel轮函数内部,均经过4种运算,即: * 1、扩展置换:右侧32位做扩展置换,扩展置换将32位输入扩展成为48位输出,使得扩展后输出数据长度与48位子密钥等长。 * 2、异或运算:右侧32位扩展置换为48位后,与48位子密钥做异或运算。 * 3、S盒置换:将异或运算后的48位结果,分成8个6位的块,每块通过S盒置换产生4位的输出,8个块S盒置换后组成32位的输出。 S盒置换的过程为:6位中取第1位和第6位组成行号,剩余第2、3、4、5位组成列号,从S盒置换表中取出相应行、列的十进制数,并转化为4位二进制数,即为S盒输出。 * 4、P盒置换:S盒置换后的32位输出数据,进行P盒置换,仍然输出为32位数据。 go标准库中DES Feistel轮函数代码如下: ```go func feistel(right uint32, key uint64) (result uint32) {     //右侧32位扩展置换为48位,并与48位子密钥做异或运算     sBoxLocations := key ^ expandBlock(right)     var sBoxResult uint32     for i := uint8(0); i < 8; i++ {         //sBoxLocations>>42、sBoxLocations <<= 6,按每6位分块         sBoxLocation := uint8(sBoxLocations>>42) & 0x3f         sBoxLocations <<= 6         //6位中取第1位和第6位组成行号         row := (sBoxLocation & 0x1) | ((sBoxLocation & 0x20) >> 4)         //剩余第2、3、4、5位组成列号         column := (sBoxLocation >> 1) & 0xf         //feistelBox包括了S盒置换和P盒置换的实现         sBoxResult ^= feistelBox[i][16*row+column]     }     return sBoxResult } var feistelBox [8][64]uint32 //P盒置换 func permuteBlock(src uint64, permutation []uint8) (block uint64) {     for position, n := range permutation {         bit := (src >> n) & 1         block |= bit << uint((len(permutation)-1)-position)     }     return } //初始化feistelBox func init() {     for s := range sBoxes {         for i := 0; i < 4; i++ {             for j := 0; j < 16; j++ {                 f := uint64(sBoxes[s][i][j]) << (4 * (7 - uint(s)))                 f = permuteBlock(f, permutationFunction[:])                 feistelBox[s][16*i+j] = uint32(f)             }         }     } } //代码位置src/crypto/des/block.go ``` 附go标准库中使用的扩展置换表和P盒置换表: ```go //扩展置换表 var expansionFunction = [48]byte{     0, 31, 30, 29, 28, 27, 28, 27,     26, 25, 24, 23, 24, 23, 22, 21,     20, 19, 20, 19, 18, 17, 16, 15,     16, 15, 14, 13, 12, 11, 12, 11,     10, 9, 8, 7, 8, 7, 6, 5,     4, 3, 4, 3, 2, 1, 0, 31, } //P盒置换表 var permutationFunction = [32]byte{     16, 25, 12, 11, 3, 20, 4, 15,     31, 17, 9, 6, 27, 14, 1, 22,     30, 24, 8, 18, 0, 5, 29, 23,     13, 19, 2, 26, 10, 21, 28, 7, } //代码位置src/crypto/des/const.go ``` 附go标准库中使用的S盒置换表: ```go var sBoxes = [8][4][16]uint8{     // S-box 1     {         {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},     },     // S-box 2     {         {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},     },     // S-box 3     {         {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},     },     // S-box 4     {         {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},     },     // S-box 5     {         {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},     },     // S-box 6     {         {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},     },     // S-box 7     {         {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},     },     // S-box 8     {         {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},     }, } //代码位置src/crypto/des/const.go ``` ## 3DES DES是一个经典的对称加密算法,但也缺陷明显,即56位的密钥安全性不足,已被证实可以在短时间内破解。 为解决此问题,出现了3DES,也称Triple DES,3DES为DES向AES过渡的加密算法,它使用3条56位的密钥对数据进行三次加密。 为了兼容普通的DES,3DES并没有直接使用加密->加密->加密的方式,而是采用了加密->解密->加密的方式。 当三重密钥均相同时,前两步相互抵消,相当于仅实现了一次加密,因此可实现对普通DES加密算法的兼容。 3DES解密过程,与加密过程相反,即逆序使用密钥。 go标准中3DES加密算法的实现如下: ```go type tripleDESCipher struct {     cipher1, cipher2, cipher3 desCipher } func NewTripleDESCipher(key []byte) (cipher.Block, error) {     if len(key) != 24 {         return nil, KeySizeError(len(key))     }     c := new(tripleDESCipher)     c.cipher1.generateSubkeys(key[:8])     c.cipher2.generateSubkeys(key[8:16])     c.cipher3.generateSubkeys(key[16:])     return c, nil } //3DES加密 func (c *tripleDESCipher) Encrypt(dst, src []byte) {     c.cipher1.Encrypt(dst, src)     c.cipher2.Decrypt(dst, dst)     c.cipher3.Encrypt(dst, dst) } //3DES解密 func (c *tripleDESCipher) Decrypt(dst, src []byte) {     c.cipher3.Decrypt(dst, src)     c.cipher2.Encrypt(dst, dst)     c.cipher1.Decrypt(dst, dst) } //代码位置src/crypto/des/cipher.go ``` ## 后记 相比DES,3DES因密钥长度变长,安全性有所提高,但其处理速度不高。 因此又出现了AES加密算法,AES较于3DES速度更快、安全性更高,后续单独总结。 ## 感谢关注兄弟连区块链教程分享!

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