Стандарт шифрования данных DES

  Структура алгоритма приведена на рис. 2.1 и отражает последовательность действий, совершаемых в одном раунде; всего для получения блока зашифрованного сообщения проходит 16 раундов. Эта величина используется в DES по следующим причинам: 

• 12 раундов  являются минимально необходимыми  для обеспечения должного уровня  криптографической защиты;
• при аппаратной реализации использование 16 раундов позволяет вернуть преобразованный ключ в исходное состояние для дальнейших преобразований;
• данное количество раундов необходимо, чтобы исключить возможность проведения атаки на блок зашифрованного текста с двух сторон.

 

    

  

  

  

  

  

                                                         

  

                                                                                   Блок зашифрованного текста после

                                                                                                       16 раундов 
 

Рис.2.1 Структура алгоритма DES 
 

   В некоторых реализациях DES блоки открытого  сообщения перед тем, как они  будут загружены в регистр  сдвига длиной две ячейки и размером ячейки 32 бита, проходят процедуру начальной  перестановки, которая применяется для того, чтобы осуществить начальное рассеивание статистической структуры сообщения. Пример начальной перестановки приведен в табл. 2.1. 

                                                                                                      Таблица 2.1

                              Начальная перестановка 

 
 

    В случае использования начальной  перестановки после завершения 16 раундов  к полученному блоку применяется  обратная перестановка. Работа алгоритма заключается в следующем: 

1. Входной  блок разбивается на две части  по 32 бита в каждой (Ls - левая половина, R, - правая половина).

2. Правая  половина преобразуется функцией f с использованием текущей ключевой  последовательности длиной 48 бит,  снятой с выхода блока выработки ключевой последовательности.

3. Результат  преобразования правой части  складывается по модулю 2 с левой  частью, а результат сложения  записывается в исходный регистр,  при этом исходная правая часть  при помощи операции сдвига  записывается на место исходной  левой части.

    Таким образом, в регистре оказывается  следующая последовательность: 

Li - R,_i Ri-L,_1ef(Ri_lfKI) 

Данная  процедура повторяется 16 раз, только в последнем цикле замены местами правой и левой части не происходит. По завершении последнего цикла полученная последовательность проходит процедуру завершающей перестановки, которая задается подстановкой (табл. 2.2), являющейся обратной к начальной подстановке и учитывающей, что в последнем цикле половины блока открытого текста не меняются местами. 

                                                                                                       Таблица 2.2

Завершающая перестановка 

 

Преобразование f (рис. 2.2) начинается с операции расширения исходной 32-битной последовательности до 48 бит. 

                                           Входной блок длиной 32 бита

         

                                                                                       Ki

 

 

                                            Входной блок длиной 32 бита 

Рис.2.2. Структура функции f 

Эта операция предполагает дописывание в исходную последовательность отдельных битов в соответствии с подстановкой (см. табл. 2.3).

Таблица 2.3

Подстановка расширения 

 

    Результат преобразования суммируется по модулю 2 с 48-битной ключевой последовательностью, f которая вырабатывается из 56-битного ключа, записанного в два 28-битных циклических регистра сдвига, которые перемещают содержимое в каждом такте на количество битов, зависящее от номера раунда (табл. 2.4.). 
 
 

Таблица 2.4

Таблица зависимости количества сдвигаемых битов  от номера раунда 

 
 

Результирующая  ключевая последовательность получается путем выборки 48 бит из содержимого  регистров в соответствии с подстановкой (табл. 2.5). 

Таблица 2.5

Подстановка для выборки ключа 

 
 

Полученный  путем сложения 48-битный вектор поступает  на вход S-боксов, основная задача которых  заключается в замене 48-битного  вектора на 32-битный. Всего в DES используются восемь S-боксов с 6-битными входами  и 4-битными выходами. Подстановка  в S-боксах осуществляется в соответствии с табл. 2.6.: здесь номер строки задается первым и последним входом S-бокса, а номер столбца - средними четырьмя битами входа. Битовое представление числа в ячейке задано входной последовательностью и будет являться выходом S-бокса. 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

                                                                ………

 

 
 

Рис. 2.3. Структура S-боксов 

S-бокс 1