利用语言实现DES加密算法

时间:2020-10-15 09:17:29 理工毕业论文 我要投稿

利用汇编语言实现DES加密算法

摘要:DES算法是一种数据加密算法。自从1977年公布以来,一直是国际上的商用保密通信和机通信的最常用的加密标准。DES算法的实现一般用高级语言。

关键词:加密算法DES汇编语言

在界及非金融界的保密通信中,越来越多地用到了DES算法。DES(DataEncryptionStandard)即数据加密算法,是IBM公司于1977年成功并公开发表的。随着我国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)中被广泛,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、金融交易中的密码键盘等,均用到DES算法。由于密码键盘不可能使用高级语言,所以用汇编语言实现DES就非常实用。

1DES算法的简单原理

  DES是一种分组密码。假定明文m是由0和1组成的长度为64位的符号串,密钥k也是64位的0、1符号串。

设:M=m1m2m3…m64

   K=k1k2k3…k64

加密过程可表达如下:

DES(m)=IP-1·T16·T15…T2·T1·IP(m)

其中:IP(m)是初始置换,IP-1是逆置换,T16~T1是16次迭代。

(1)初始置换IP

  功能是把输入的明文m按位重新组合,并把输出分为L0、R0两部分,每部分各长32位,其置换规则如下:

58,50,42,34,26,18,10,2,

60,52,44,36,28,20,12,4,

62,54,46,38,30,22,14,6,

64,56,48,40,32,24,16,8,

57,49,41,33,25,17,9,1,

59,51,43,35,27,19,11,3,

61,53,45,37,29,21,13,5,

63,55,47,39,31,23,15,7

(2)逆置换IP-1

  经过16次迭代运算后,得到L16、R16,将此作为输入,进行逆置换。逆置换满足:

IP·IP-1=IP-1·IP=I

逆置换正好是初始置换的逆运算。

(3)T16~T1的迭代计算

  DES的迭代算法采用模2加法。

  在通信的两端,双方约定了一致的密钥。在通信的源点用密钥对核心数据进行加密并形成密文,然后,以密文的形式在公共通信网中传输到通信网络的终点。数据到达终点后,用同样的密钥对密文数据进行解密,便再现了明文形式的核心数据。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。

2汇编语言的实现

  用汇编语言实现DES算法有它的优势也有它的难点。优势是51汇编的位操作可以方便地实现置换功能。但用汇编语言实现算法的迭代运算及循环功能比较烦琐。在用51汇编实现DES的过程中,我编写了几个子程序,组合起来可实现DES算法加密。在这里写出一些思路,有需要的同行可与我联系(E-mail:zhoubin@jlu.edu.cn)。

  8031有16个可以位寻址的寄存器,可放置128位的数据,利用它可实现DES的转置功能。将明文m放入寄存器27H~20H中,即位地址00H对应m64,3FH对应m1。利用标志寄存器C可实现置换与逆置换程序。在DES的16次迭代过程中,要实现公式:

Li=Ri-1;Ri=Li-1f(Ri-1,ki)

的运算过程,其关键在于f(Ri-1,ki)的功能。f是将32位的输入转化为32位的输出。其中含3项技术:

  ①将32位膨胀为48位的E功能。该项功能可用类似于置换功能的'子程序编写。

  ②48位子密钥的生成。为了便于51汇编生成子密钥,可以使用主机用串口下传的方式,由主机将16个子密钥传给89C52为核心的单片机,然后存入80H~FFH中。如果密钥是固定的,则可直接将子密钥固化在89C52的Flash中。

  ③S盒的功能是将48位的输入再次缩为32位。具体实现是将S盒表存入89C52的Flash中,每次通过查表求得S输出的结果。

下面列举其中的几个子程序。

(1)IP置换子程序

;入口寄存器:(MSB)2726252423222120(LSB),出口寄存器:(MSB)2F2E2D2C2B2A2928(LSB)