基于C#的DES加密算法的应用

董 洁 吕朝晖 李 婷

（沈阳建筑大学信息与控制工程学院 辽宁 110168 ）

0 前言

随着信息技术和产业的急速发展，信息安全问题也随之日益凸显，信息安全问题关乎国家及社会的安全，寻找解决措施不可怠慢。自研发以来，DES成为了众多领域的可靠通信的安全保障。无论是全球的贸易、金融部门，还是用户的识别、文件保护都有DES深刻的影响。

1 DES加密算法

DES（Data Encrypti on Standard），上个世纪70年代由IBM开发的单密钥对称加解密算法的一个典范，并在1997年被美国政府正式的采纳。DES算法是一种强算法，到目前为止，除了使用穷举法搜索其密匙空间寻找破译密码外，没有更有效的办法。[1]

DES加密的整个过程可分为四个重要的阶段：初始置换、子密钥的生成、f函数运算、最终逆置换。[2]

1.1 初始置换

将加密的数据分割成以若干个以64位为单位的数据（如果位数不够用00或FF补足），按照8行8列进行排列，使用固定的IP置换表对64位的二进制明文块进行重新排列，置换完毕的明文块被分为两个半区L0(前32位)、R0(后32位)。

1.2 子密钥生成

子密钥的生成主要是通过置换和移位产生的，原始密钥由用户提供，是DES算法的输入之一，是一个64位的二进制块。但DES算法中8的整数倍位置的数为奇偶校验位，不参与运算，用密钥置换表进行置换、去掉奇偶校验位后，将56位的密钥分成两部分，前后各为28位。将这两部分进行16次循环左移位，每一次移位以后得到的新的56位子密钥作为下一次移位的有效密钥，完成16次移位后使用密钥选择表压缩置换，总计得到16个48位的子密钥。

1.3 f函数运算

完成前述加密原文以及密钥的准备后，需要进行f函数的加密运算，公式如下：

从公式可以看出加密运算的关键在于Ri：取初始置换后明文块的后半区R，在运算前首先要对该32位的数据进行扩充，即重复部分位置的数据将其扩充为48位。

扩充后的数据与48位的子密钥的对应位ki进行异或运算，异或运算后的结果被分为8个6位的二进制块输入到代换函数S中进行代换。

代换函数S（S盒）的原理是将被分割成6位的二进制块的第一位和最后一位合并成一个2位的二进制块，换算为十进制后作为S盒的行数，中间4位换算为S盒的列数。再将S盒中确定的数字转换为4位的二进制数。代换后的结果再经过换位表进行置换。[3]8个6位的二进制块对应不同的S盒，数值各不相同。完成f函数运算后的Ri，与Li进行异或运算，并交换位置进行16次的迭代。

1.4 最终逆置换

迭代16次后的最终结果R16，L16，按照表1所示逆置换表进行位置转换：首位数据对应原第40位的，第二位数据对应原第8位的…,即IP-1置换，便完成了加密过程。

表1 IP-1逆置换表

2 DES算法的实现

DES算法运用了置换、替代、代数等多种密码技术，算法结构紧凑，条理清楚，而且加密与解密算法类似，这些特点都便于将DES算法在程中实现。在C#中提供了ESCryptoServiceProvider类用于实现DES加密及解密的过程。用C#进行DES加密的关键代码如下：

在数据库的应用中，如果用户的密码以明码的方式存储在数据表中容易造成安全的隐患，为此可以采用DES算法对其进行了加密处理，加密前后结果如表2所示。

表2 加密结果

ZXCVBN D 1490677E2BC464F 123456 24179C578C1D8219

3 结束语

如今，信息已经成为一种重要的战略资源，为防止信息泄密，对关键信息进行加密很有必要。DES 是世界上第一个公认的实用密码算法标准，尽管人们在破译 DES 方面取得了许多进展，但至今仍未能找到比穷举搜索密钥更有效的方法,，但为了保障安全性，也不适合在网络环境下单独使用。现今DES的安全性完全在于对密钥加以保护，必须有可靠的信道来分发密钥。

[1]周明全 等.网络信息安全技术（第2版）[M].西安电子科技大学出版社，2010：55-57.

[2]解双建，原 亮，谢方方.DES 算法原理及其 FPGA 实现[J].计算机技术与发展.2011(7):158-161.

[3]管莹，敬茂华 .DES算法原理及实现[J].电脑编程技术与维护.2009（2）：5-8.