密码学笔记3——DES密码
1.了解Feistel网络结构
一次加密
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首先密钥和其他数据进行替换和换位生成密钥流，然后与明文进行异或运算生成密文
多次加密
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首先密钥和数据data0进行替换和换位生成密钥流，然后与明文进行异或运算生成密文1,然后再将密钥和数据data1进行换位和替换生成密钥流与密文1进行异或运算得到密文2...,多次运算之后得到最终密文，这里我们可以把密钥的替换和移位加异或运算看成一个函数F，在函数F中进行这些运算
这里会发现一些问题，这些data0，data1，data2...是怎么生成的，我们可以将上述结构再进行改变
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将密文的输出作为F函数的输入数据进行运算得到最终的密文。
结构再进行变换
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从这个结构中我们可以看到，每一步运算左右数据都进行交换，后面会解释Ln和Rn分别代表的什么，但是要值得注意，最后一步加密过程中，没有进行交换，这是为了保证加密运算和解密运算整个运算过程是相等的，即我们将密文c作为输入可以得到明文m。
2.DES结构
DES基本结构属于Feistel结构
大致加密过程
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1.64位密钥经子密钥产生算法生成16个子密钥：k1-k16
2.64位明文经过初始置换IP，将数据打乱并重新进行编排，分成左右两个部分，左边为L0,右边为R0
3.进行加密运算
Li=R(i-1)
Ri=L(i-1)异或f(Ri-1,ki)
4.经过16次的运算最终生成的L16和R16合并再进行逆初始置换，将数据重新进行并排，得到64位密文。
3.子密钥的产生
64位密钥经过置换选择1——>循环左移——>置换选择2的变换，最后生成48位的子密钥
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观察每一个步骤
1.置换选择1（64位——>56位)
实在不想画图了
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这个初始矩阵是固定的，举一个简单的例子说明生成过程
K = 133457799BBCDFF1
我们可以得到它的二进制形式（1为0001，3为0011.依次类推，并且将每八位写成一组。这样每组的最后一位都没有被用上。）
K = 00010011 00110100 01010111 01111001 10011011 10111100 11011111 11110001
然后我们按照上面矩阵的数字对这个二进制数据进行重新排列
K+ = 1111000 0110011 0010101 0101111 0101010 1011001 1001111 0001111
然后，将这个秘钥拆分为左右两部分，C0 和 D0，每半边都有28位。
比如，对于新秘钥，我们得到：
C0 = 1111000 0110011 0010101 0101111
D0 = 0101010 1011001 1001111 0001111
2.循环移位
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这个移位表也是固定的，举一个简单例子
C0 = 1111000011001100101010101111进行左移一位
C1 = 1110000110011001010101011111
3.置换选择2(56位——>48位）
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这个矩阵也是固定的
具体的实现过程
现在我们知道了每一个密钥是如何产生的，我们就可以去研究DES算法的整体运算过程
1.初始置换IP
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将明文中的数据进行矩阵排列
2.函数F的具体实现过程
我们观察公式Ri=L(i-1)异或f(Ri-1,ki)，Ri-1是32位，而ki是48位，最终生成要是一个32位的数据，我们要知道里面的具体实现过程
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我们可以观察到，Ri-1的数据首先经过扩展置换E由32位的数据变成48位然后再与Ki进行异或运算，最终生成的48位数据再经过S盒输出32位的数据，再经过置换P输出32bit的数据。
扩展置换E的实现
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最左边的一列都是第二列的数据往前减一位，而最后一列的数据是前一列的数据加一位。
S盒
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例子
假如我们输入到S盒的一个数据为111010，我们把第一位和最后一位当作行号，则10=2，把中间的4位当成列号，则1101=13，即
S1(111010)=10,10的二进制是1010，所以当前S1的输出是1010
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定义这8个函数S1,…,S8的表格如下所示：
S1
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
S2
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
S3
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
S4
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
S5
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
S6
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
S7
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
S8
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
置换选择P
最终将32位的数据经过P盒，数据进行重排输出32位数据，至此F函数的实现过程讲述完毕
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总结：上面的所有矩阵都是固定的，文章中的图片来自与视频地址：https://www.bilibili.com/video/BV1Kt411h7nP，des算法真的特别重要对后面理解AES算法和SMS4算法，真的不好理解，所有笔记都是自己看视频和看其他文章理解的，太不容易了，如果觉得有帮助帮忙点一个赞，源码网上到处都是，不过首先先要把原理理解对吧。下一篇文章介绍AES算法，如果此文章有不足或者哪里不够清楚希望有大佬可以指明出来。
