Feistel算法结构与DES加密算法
Feistel分组加密算法结构
Feistel算法结构是一种设计原则，而并非是某种加密算法，提出通过替代和置换交替的操作方式构造密码
加密：
- 将明文分成左右两部分：明文 = (L0，R0)
- 每一轮i=1，2，……，n计算：Li=Ri-1，Ri=Li-1⊕ F(Ri-1，Ki)；其中F()是轮函数，Ki是子密钥
- 密文 = (Ln，Rn)
解密：
- 密文 = (Ln，Rn)
- 每一轮i=n，n-1，……，1计算：Ri-1=Li，Li-1=Ri⊕F(Ri-1，Ki)；其中F()是轮函数，Ki是子密钥
- 明文 = (L0，R0)
Feistel算法结构的安全性：
- 分组长度，分组长度越大，安全性越高，加密速度越慢，效率越低，目前常用的分组长度是64位
- 子密钥的大小，子密钥的长度增加，安全性提高，加密速度降低
- 循环次数，循环越多，安全性越高，加密效率越低
- 子密钥的生成算法，生成算法越复杂，安全性越高
- 轮函数，轮函数越复杂，安全性越高
Feistel算法结构最大的优点在于其加密过程和解密过程极其相似，所以有时候加密设备就是解密设备
DES加密算法
DES(Data Encryption Standard)，是16轮的Feistel结构的密码，也就是说这是一种包含16个阶段的“替代-置换”的分组加密算法，其分组长度为64位
64位的分组明文序列作为加密算法的输入，经过16轮加密得到64位的密文序列
密钥长度为56位，每轮的子密钥的长度为48位
其加密流程如下：
其中的IP（Initial Permutation，初始置换）置换就是根据置换对64位的报文进行位置的交换。将64位的密文从1到64对每个比特进行编号，然后按照下表的顺序进行替换
16轮迭代运算中每一轮的具体流程如下图：
Ri-1先由32位经过扩展置换得到48位，扩展后的48位结果与48位的子密钥进行异或运算，得到一个48位的结果，然后再经过S盒替换，得到一个32位的结果，然后再经过P盒置换，再将结果与Li-1进行异或运算，最终得到Ri，而Li是直接由Ri-1不做任何变换得到的。
第一步的扩展置换的置换表如下：
将原来的32位报文按顺序排入一个4×8的表格中（对应与上面的置换表的中间4行），然后再在左右两边各添加一列，新添加的列的序号规律是左边模32减一，右边模32加一，得到一个6×8的表格，最终就是48位的扩展结果。
得到的48位结果与48位的子密钥进行异或操作后，将运算得到的结果进行S盒置换，经过变换后得到一个32位的输出。DES加密的轮函数中共有8个S盒，每个S盒有4行8列，下表是一个S盒的置换规律
S盒的变换过程为：将48为的报文分为8个组，每组6个比特；每组作为一个S盒的输入。换句话说，一个S盒的输入只有6个比特，最终输出4个比特。
假设一个S盒的输入为：B=b1b2b3b4b5b6，则令r=b1b6，c=b2b3b4b5，将对应的二进制换算成十进制。那么b1b2b3b4b5b6输入对应的输出就是第 r 行第 c 列的整数换算成的4位二进制数
P盒变换就是根据置换表，对S盒输出的32位结果进行置换，最终得到的结果就是DES加密算法轮函数的输出结果
经过16轮的迭代运算后得到了一个64位的结果，最后再将这64位的结果进行逆初始置换最终即可得到密文，逆初始置换的置换规律如下
DES解密算法与共用相同的算法过程。两者的不同之处在于解密时的子密钥Ki的使用顺序与加密时的顺序相反。也就说，加密的子密钥使用顺序为K1K2……K16，那么解密时的使用顺序就是K16K15……K1
子密钥的生成流程：
DES算法共需要16轮的迭代运算，每轮迭代运算使用一个子密钥，共需要16个子密钥。子密钥是从用户输入的64位初始密钥生成的。用户输入的密钥有64位，其中有8位用于奇偶校验，分别位于第8，16，24，32，40，48，56，64位。奇偶校验用于检查密钥K的产生和分配以及存储的过程中是否发生了置换的错误，所以DES实际的密钥长度只有56位
输入的种子密钥K（64bits）首先经过一个PC-1置换j进行重排。PC-1置换得到一个56位的输出，经过置换后将不会再有奇偶校验位并且顺序也被打乱，再将这个56位的结果的前28位作为C0，后28位作为D0。
在计算第 i 轮迭代所使用的子密钥时，首先对Ci-1和Di-1进行循环左移，左移的位数与迭代的轮数对应与下表，分别得到Ci和Di
再将得到的CiDi作为PC-2置换的输入，从56位中选取48位作为子密钥
DES算法的改进——3DES
多重DES就是使用多个密钥利用DES算法对明文进行多次加密，从而提高加密过程的安全性，大致流程如下
