一次一密，DES
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加密
前言
個人學習整理筆記，希望能對後來者有所幫助。
提示：以下是本篇文章正文內容，下面案例可供參考
一、一次一密（One-time password）
一個序列密碼稱為一次一密必須滿足以下條件：
- 通過真隨機數生成器得到金鑰序列s0,s1,s2,…
- 只有合法的通訊方才知道金鑰序列；
- 每個金鑰序列位si僅適用一次。這意味著每個明文位都需要一個金鑰位，因此，一次一密的金鑰長度必須和明文長度一樣。
一次一密是無條件安全的。
例項：假設傳送方要傳送“short"這個單詞給接收方。
傳送方：
-
使用ASCII編碼來轉換 “short”這個詞，轉換後會得到下面這一串二進位制資訊：
0111001101101000011011110111001001110100 -
接下來你需要一個和上面二進位制串長度完全一致的金鑰，如：
0110010101101010001110010010011101100100 -
我們將這兩組字串進行XOR 運算，得到：
0001011000000010010101100101010100010000
傳送方將這串資料傳送給接收方
接收方：
接收方得到資料後將其與金鑰進行XOR運算，得到傳送方的資料，再利用ascii編碼即可得到正確的資訊。
二、分組密碼（Block cipher)
1.DES
DES（Data Encryption Standard，資料加密標準)是一種使用56位金鑰對64位長分組進行加密的密碼。它是一種對稱密碼，即加密過程和解密過程使用相同的金鑰。DES對明文中的每個分組的加密過程都包含16輪，且每輪操作完全相同，每輪採用的子金鑰不同，並且所有子金鑰ki都是從主金鑰k中推到出來的。
DES加密過程：
- 64位金鑰經過子金鑰產生演算法產生出16個子金鑰：K1,K2,…,K16，分別供第一次，第二次，…，第十六次加密使用。
以下為子金鑰產生流程圖：
子金鑰產生需經過置換選擇1、迴圈左移、置換選擇2等變換，產生出16個48位長的子金鑰。
（1）置換選擇1
64位的金鑰為8個位元組，每個位元組的前七位是真正的金鑰位，第8位為奇偶校驗位，因此DES真正金鑰位56位。
上圖表示置換選擇1結束後，C0、D0的值是由原金鑰中的哪幾位構成。
（2）置換選擇2
將Ci和Di合併成一個56位的中間資料，置換選擇2從中選擇一個48位的子金鑰Ki。
2.16輪迭代
（1）初始置換IP
初始置換的作用是將64位明文打亂重排，並分成左右兩部分L0和R0，每部分32位。
（2）加密部分
上一輪的Ri將作為下一輪的Li+1，而Li則通過加密運算成為下一輪的Ri+1。
加密函式f：
-
首先將輸入分成8個4位的分組
-
通過E-盒將4位的分組擴充套件成6位的分組，此時得到48位的輸入長度。
-
將得到48位與輪金鑰Ki進行XOR操作，並將8個6位長的分組送入8個S-盒中，得到8個4位長的分組，即得到了32位的輸出。
-（S-盒可以將6位的輸入對映為4位的輸出，按照6位中首尾兩位組成的二進位制位行，中間四位組成的二進位制位列，從S盒中進行查詢，得到4位輸出）
例：100101，首尾兩位為11，則表示數字3，則第4行，中間四位0010，則表示數字2，則為第3列（行列均從0開始計數） -
32位的輸出進行P置換
最後得到的32位輸出則為下一輪的Ri+1
注意：最後一輪得到的Ri和Li不進行交換
(3)逆初始置換IP-1
逆初始置換是初始置換IP的逆置換，它把十六次加密迭代的結果打亂重排，形成64位密文。
以上便是DES的加密過程。
DES解密
由於DES的運算時對合運算，所以加密和解密可用同一個運算，只是子金鑰使用順序不同。
把64位密文當做明文輸入，而且第一次解密迭代使用子金鑰K16，第二次解密迭代使用子金鑰K15，…，第十六次解密迭代使用子金鑰K1,最後輸出的就是64位明文。
解密過程可用如下數學公式表示：
總結
本文主要介紹了一次一密的概念和DES演算法。