【密码学】DES、3DES

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文章1：

        这一篇文章要解决数据加密——数据补位的问题、DES算法的两种模式ECB和CBC问题以及更加安全的算法——3DES算法。

        一、数据补位 DES数据加解密就是将数据按照8个字节一段进行DES加密或解密得到一段8个字节的密文或者明文，最后一段不足8个字节，按照需求补足8个字节（通常补00或者FF，根据实际要求不同）进行计算，之后按照顺序将计算所得的数据连在一起即可。 这里有个问题就是为什么要进行数据补位？主要原因是DES算法加解密时要求数据必须为8个字节。 

        二、ECB模式 DES ECB（电子密本方式）其实非常简单，就是将数据按照8个字节一段进行DES加密或解密得到一段8个字节的密文或者明文，最后一段不足8个字节，按照需求补足8个字节进行计算，之后按照顺序将计算所得的数据连在一起即可，各段数据之间互不影响。

        三、CBC模式 DES CBC（密文分组链接方式）有点麻烦，它的实现机制使加密的各段数据之间有了联系。其实现的机理如下： 加密步骤如下： 1）首先将数据按照8个字节一组进行分组得到D1D2......Dn（若数据不是8的整数倍，用指定的PADDING数据补位） 2）第一组数据D1与初始化向量I异或后的结果进行DES加密得到第一组密文C1（初始化向量I为全零） 3）第二组数据D2与第一组的加密结果C1异或以后的结果进行DES加密，得到第二组密文C2 4）之后的数据以此类推，得到Cn 5）按顺序连为C1C2C3......Cn即为加密结果。 解密是加密的逆过程，步骤如下： 1）首先将数据按照8个字节一组进行分组得到C1C2C3......Cn 2）将第一组数据进行解密后与初始化向量I进行异或得到第一组明文D1（注意：一定是先解密再异或） 3）将第二组数据C2进行解密后与第一组密文数据进行异或得到第二组数据D2 4）之后依此类推，得到Dn 5）按顺序连为D1D2D3......Dn即为解密结果。 这里注意一点，解密的结果并不一定是我们原来的加密数据，可能还含有你补得位，一定要把补位去掉才是你的原来的数据。 

        四、3DES 算法 3DES算法顾名思义就是3次DES算法，其算法原理如下： 设Ek()和Dk()代表DES算法的加密和解密过程，K代表DES算法使用的密钥，P代表明文，C代表密表，这样， 3DES加密过程为：C=Ek3(Dk2(Ek1(P))) 3DES解密过程为：P=Dk1((EK2(Dk3(C))) 这里可以K1=K3，但不能K1=K2=K3（如果相等的话就成了DES算法了） 3DES with 2 diffrent keys（K1=K3），可以是3DES-CBC，也可以是3DES-ECB，3DES-CBC整个算法的流程和DES-CBC一样，但是在原来的加密或者解密处增加了异或运算的步骤，使用的密钥是16字节长度的密钥，将密钥分成左8字节和右8字节的两部分，即k1=左8字节，k2=右8字节，然后进行加密运算和解密运算。 3DES with 3 different keys，和3DES-CBC的流程完全一样，只是使用的密钥是24字节的，但在每个加密解密加密时候用的密钥不一样，将密钥分为3段8字节的密钥分别为密钥1、密钥2、密钥3，在3DES加密时对加密解密加密依次使用密钥1、密钥2、密钥3，在3DES解密时对解密加密解密依次使用密钥3、密钥2、密钥1。

文章2：

DES

　　1977年1月，美国政府颁布：采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准（DES Data Encryption Standard) 。

　　目前在国内，随着三金工程尤其是金卡工程的启动，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，以此来实现关键数据的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密传输，IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等，均用到DES算法。

　　DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。

　　其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；

　　Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；

　　Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。

　　DES算法是这样工作的：

　　如Mode为加密，则用Key 去把数据Data进行加密， 生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；

　　如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式（64位）作为DES的输出结果。

　　在通信网络的两端，双方约定一致的Key，在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密，然后以密码形式在公共通信网（如电话网）中传输到通信网络的终点，数据到达目的地后，用同样的Key对密码数据进行解密，便再现了明码形式的核心数据。这样，便保证了核心数据（如PIN、MAC等）在公共通信网中传输的安全性和可靠性。

　　通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key，便能更进一步提高数据的保密性，这正是现在金融交易网络的流行做法。

3DES

　　3DES是DES加密算法的一种模式，它使用3条64位的密钥对数据进行三次加密。数据加密标准（DES）是美国的一种由来已久的加密标准，它使用对称密钥加密法。

　　3DES（即Triple DES）是DES向AES过渡的加密算法（1999年，NIST将3-DES指定为过渡的加密标准），是DES的一个更安全的变形。它以DES为基本模块，通过组合分组方法设计出分组加密算法。

　　设Ek()和Dk()代表DES算法的加密和解密过程，K代表DES算法使用的密钥，P代表明文，C代表密表，这样，

　　3DES加密过程为：C=Ek3(Dk2(Ek1(P)))

　　3DES解密过程为：P=Dk1((EK2(Dk3(C)))

　　K1、K2、K3决定了算法的安全性，若三个密钥互不相同，本质上就相当于用一个长为168位的密钥进行加密。多年来，它在对付强力攻击时是比较安全的。若数据对安全性要求不那么高，K1可以等于K3。在这种情况下，密钥的有效长度为112位。

AES

　　AES(Advanced Encryption Standard)：高级加密标准，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高。

　　用AES加密2000年10月，NIST（美国国家标准和技术协会）宣布通过从15种候选算法中选出的一项新的密匙加密标准。Rijndael被选中成为将来的 AES。Rijndael是在1999年下半年，由研究员Joan Daemen 和 Vincent Rijmen 创建的。AES正日益成为加密各种形式的电子数据的实际标准。

　　美国标准与技术研究院（NIST）于2002年5月26日制定了新的高级加密标准（AES）规范。

　　AES算法基于排列和置换运算。排列是对数据重新进行安排，置换是将一个数据单元替换为另一个。

　　AES使用几种不同的方法来执行排列和置换运算。AES是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192和256位密钥，并且用128位（16字节）分组加密和解密数据。

　　与公共密钥加密使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换和替换输入数据。

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