S-DES加密过程举例

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10 分钟

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加密

让我们用10位密钥 1010000010 和明文 10101010 作为例子，逐步演示S-DES的加密过程。

1. 密钥生成

步骤1：生成 K1 和 K2

首先，从密钥 1010000010 开始，按照如下步骤生成两个子密钥 K1 和 K2。

1.1. P10 置换：

使用一个固定的 P10 置换表，将10位密钥重新排列。假设 P10 表如下：

P10: 3 5 2 7 4 10 1 9 8 6

按照该表置换密钥 1010000010，结果为：

P10置换结果：10000 11001

1.2. 左移（LS-1）：

将P10置换后的结果分为左右两部分，并分别进行循环左移1位：

左部分：10000 → 00001
右部分：11001 → 10011

1.3. P8 置换：

将左移后的结果再次进行 P8 置换。假设 P8 表如下：

P8: 6 3 7 4 8 5 10 9

将 00001 10011 经过 P8 置换后，得到第一个子密钥 K1：

P8置换结果：10100100

1.4. 生成 K2：

对 LS-1 之后的左右两部分再进行循环左移2位：

左部分：00001 → 00100
右部分：10011 → 01110

对左移后的结果再进行 P8 置换，得到第二个子密钥 K2：

P8置换结果：01000011

所以，子密钥 K1 和 K2 分别为：

• K1 = 10100100
• K2 = 01000011

2. 初始置换 (IP)

对明文 10101010 进行初始置换，假设 IP 表如下：

IP: 2 6 3 1 4 8 5 7

使用 IP 表对明文 10101010 进行置换，结果为：

IP 置换结果：01100011

将结果分为左右两部分：L0 = 0110，R0 = 0011。

3. 第一轮加密

在第一轮加密中，我们使用子密钥 K1 = 10100100。

步骤 3.1: 扩展置换 (E/P)

将右半部分 R0 = 0011 扩展成8位。假设 E/P 表如下：

E/P: 4 1 2 3 2 3 4 1

将 0011 经过扩展置换（根据扩展E/P表进行扩展并置换，根据E/P表将R0数据按位置写入置换）变为：

E/P 结果：10010110

步骤 3.2: 与 K1 异或

将扩展置换后的结果与子密钥 K1 = 10100100 进行异或操作：

10010110 XOR 10100100 = 00110010

步骤 3.3: S盒代换

将 00110010 分成两部分：0011 和 0010。分别送入两个S盒进行代换。

S盒1 (S1):

假设 S1 表如下：

	00	01	10	11
00	01	00	11	10
01	11	10	01	00
10	00	10	01	11
11	11	01	11	10

0011 中，行 = 11，列 = 01，查表得到 S1 输出为 01。

S盒2 (S2):

假设 S2 表如下：

	00	01	10	11
00	00	01	10	11
01	10	00	01	11
10	11	01	00	10
11	01	10	00	11

0010 中，行 = 00，列 = 10，查表得到 S2 输出为 10。

所以 S盒代换的输出是 0110。

步骤 3.4: P4 置换

将 S盒的输出 0110 进行 P4 置换。假设 P4 表如下：

P4: 2 4 3 1

将 0110 置换为 1010。

步骤 3.5: 与 L0 异或

将 P4 置换的结果与 L0 = 0110 进行异或操作：

1010 XOR 0110 = 1100

得到 L1 = 1100，而 R1 保持为 0011。

步骤 3.6: 左右交换

交换左右两部分，得到：

L1 = 0011, R1 = 1100

4. 第二轮加密

在第二轮加密中，我们使用子密钥 K2 = 01000011。

步骤 4.1: 扩展置换 (E/P)

将 R1 = 1100 进行扩展置换：

扩展置换结果：01101001

步骤 4.2: 与 K2 异或

将扩展置换后的结果与 K2 = 01000011 进行异或操作：

01101001 XOR 01000011 = 00101010

步骤 4.3: S盒代换

将 00101010 分为两部分：0010 和 1010。

S盒1 代换：

0010 对应 S1 表的行 00 和列 10，查表得到 10。

S盒2 代换：

1010 对应 S2 表的行 10 和列 10，查表得到 00。

所以 S盒代换输出为 1000。

步骤 4.4: P4 置换

将 1000 进行 P4 置换，结果为：

P4 置换结果：0001

步骤 4.5: 与 L1 异或

将 P4 置换结果与 L1 = 0011 进行异或操作：

0001 XOR 0011 = 0010

得到 L2 = 0010 和 R2 = 1100。

5. 逆初始置换 (IP-1)

将 L2 = 0010 和 R2 = 1100 合并为 00101100，进行逆初始置换。假设 IP-1 表如下：

IP-1: 4 1 3 5 7 2 8 6

将 00101100 置换后，得到密文：

密文：10100100

总结

通过上述步骤，我们使用密钥 1010000010 和明文 10101010，经过两轮加密，最终得到密文为 10100100。

解密

S-DES解密

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解密过程是加密过程的逆操作。在 S-DES 解密中，最关键的是反向执行每一步，并在解密过程中以相反的顺序使用子密钥 K1 和 K2。具体的解密步骤如下：

1. 密钥生成

在解密过程中，子密钥 K1 和 K2 的生成方式与加密时完全相同。对于密钥 1010000010，我们之前已经计算出：

• K1 = 10100100
• K2 = 01000011

2. 逆初始置换 (IP-1)

首先对密文 10100100 进行逆初始置换 (IP-1)。假设 IP-1 表如下：

IP-1: 4 1 3 5 7 2 8 6

我们将密文 10100100 进行逆初始置换，得到：

逆初始置换结果：00101100

然后，将结果分为两部分：L2 = 0010 和 R2 = 1100。

3. 第一轮解密

解密的第一轮使用的是子密钥 K2 = 01000011（注意解密时子密钥的使用顺序与加密相反）。在此轮解密中，我们的输入是 L2 = 0010 和 R2 = 1100。

步骤 3.1: 扩展置换 (E/P)

对 R2 = 1100 进行扩展置换，假设 E/P 表如下：

E/P: 4 1 2 3 2 3 4 1

将 1100 进行扩展置换，得到：

扩展置换结果：01101001

步骤 3.2: 与 K2 异或

将扩展置换的结果与子密钥 K2 = 01000011 进行异或操作：

01101001 XOR 01000011 = 00101010

步骤 3.3: S盒代换

将结果 00101010 分成两部分：0010 和 1010，分别送入 S1 和 S2 进行代换。

S盒1 代换：

0010 对应 S1 表中的行 00 和列 10，查表得到 10。

S盒2 代换：

1010 对应 S2 表中的行 10 和列 10，查表得到 00。

所以 S盒代换的输出为 1000。

步骤 3.4: P4 置换

将 S盒代换的结果 1000 进行 P4 置换，假设 P4 表如下：

P4: 2 4 3 1

置换结果为：

P4置换结果：0001

步骤 3.5: 与 L2 异或

将 P4 置换的结果与 L2 = 0010 进行异或操作：

0001 XOR 0010 = 0011

得到 L1 = 0011，并且 R1 保持为 1100。

步骤 3.6: 左右交换

此时我们交换左右两部分，得到：

L1 = 1100, R1 = 0011

4. 第二轮解密

第二轮解密中，使用的是子密钥 K1 = 10100100。

步骤 4.1: 扩展置换 (E/P)

对 R1 = 0011 进行扩展置换：

扩展置换结果：10010110

步骤 4.2: 与 K1 异或

将扩展置换后的结果与子密钥 K1 = 10100100 进行异或操作：

10010110 XOR 10100100 = 00110010

步骤 4.3: S盒代换

将 00110010 分为两部分：0011 和 0010，分别送入 S盒进行代换。

S盒1 代换：

0011 对应 S1 表的行 11 和列 01，查表得到 01。

S盒2 代换：

0010 对应 S2 表的行 00 和列 10，查表得到 10。

所以 S盒代换的输出是 0110。

步骤 4.4: P4 置换

将 0110 进行 P4 置换，结果为：

P4 置换结果：1010

步骤 4.5: 与 L1 异或

将 P4 置换结果与 L1 = 1100 进行异或操作：

1010 XOR 1100 = 0110

最终得到 L0 = 0110，而 R0 = 0011 保持不变。

5. 初始置换 (IP)

将 L0 = 0110 和 R0 = 0011 合并为 01100011，然后对其进行初始置换 (IP)。假设 IP 表如下：

IP: 2 6 3 1 4 8 5 7

将 01100011 置换后，得到明文：

明文：10101010

总结

通过上述步骤，我们将密文 10100100 进行了 S-DES 解密，最终恢复出明文 10101010。整个解密过程是加密过程的逆向执行，只需将密钥 K1 和 K2 使用的顺序对调，同时依次进行相反的操作即可。

贡献者

freeway348

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