信安备考——密码学(DES)
DES（Date Encrytion Standard），DES是分组加密算法，支持64比特明文块加密，使用56比特有效密钥（实际密钥长度为64比特，但包含8比特奇偶校验位）。为了增强其加密程度，中间过渡使用三重DES(TDEA)，其中作为对明文进行"加密-->解密-->加密"，对DES加密后的密文进行加密后解密再加密，则解密过程为(解密-->加密-->解密)。
假设Ek()和Dk()代表DES算法的加密和解密过程，K代表DES算法使用的密钥，I代表明文输入，O代表密文输出。
则TDEA加密过程为：
I --> Ek1() --> Dk2() --> Ek3() --> O
解密流程：
O --> Dk3() --> Ek2() --> Dk1() --> I
加密流程：
明文 I → [加密 Ek1] → 中间值 → [解密 Dk2] → 中间值 → [加密 Ek3] → 密文 O
解密流程：
密文 O → [解密 Dk3] → 中间值 → [加密 Ek2] → 中间值 → [解密 Dk1] → 明文 I
1. DES加密Python脚本
from Crypto.Cipher import DES
from Crypto.Random import random, get_random_bytes
key = get_random_bytes(8)
print(f"生成的密钥为：{key}")
print(f"生成的密钥为：{key.hex()}")
user_plaintext = input("请输入64比特明文：")
plaintext = user_plaintext.encode('utf-8')
print(f"编码后的内容为:{plaintext}")
#加密
cipher = DES.new(key,DES.MODE_ECB) #创建对象
ciphertext = cipher.encrypt(plaintext) #进行加密
print(f"加密后的结果是：{ciphertext}")
#解密
decrypted = cipher.decrypt(ciphertext)
print(f"解密后的结果是：{decrypted}")
2. TDEA（三重DES）加密Python脚本
TDEA使用三个独立密钥。
from Crypto.Cipher import DES
from Crypto.Util.Padding import pad, unpad
from Crypto.Random import get_random_bytes
# TDEA加密函数：Ek1 -> Dk2 -> Ek3
def tdea_encrypt(plaintext, key1, key2, key3):
# 第一步：加密 with K1
cipher1 = DES.new(key1, DES.MODE_ECB)
step1 = cipher1.encrypt(pad(plaintext, DES.block_size))
# 第二步：解密 with K2（注意：即使解密，也使用解密函数）
cipher2 = DES.new(key2, DES.MODE_ECB)
step2 = cipher2.decrypt(step1) # 使用解密函数
# 第三步：加密 with K3
cipher3 = DES.new(key3, DES.MODE_ECB)
ciphertext = cipher3.encrypt(step2)
return ciphertext
# TDEA解密函数：Dk3 -> Ek2 -> Dk1
def tdea_decrypt(ciphertext, key1, key2, key3):
# 第一步：解密 with K3
cipher3 = DES.new(key3, DES.MODE_ECB)
step1 = cipher3.decrypt(ciphertext)
# 第二步：加密 with K2（注意：即使加密，也使用加密函数）
cipher2 = DES.new(key2, DES.MODE_ECB)
step2 = cipher2.encrypt(step1) # 使用加密函数
# 第三步：解密 with K1
cipher1 = DES.new(key1, DES.MODE_ECB)
plaintext = unpad(cipher1.decrypt(step2), DES.block_size)
return plaintext
# 示例使用
if __name__ == "__main__":
# 生成三个随机8字节密钥（每个64比特，总168比特）
key1 = get_random_bytes(8)
key2 = get_random_bytes(8)
key3 = get_random_bytes(8)
plaintext = b"HelloTDEA" # 明文，需要填充到64比特倍数
# 加密
ciphertext = tdea_encrypt(plaintext, key1, key2, key3)
print("TDEA加密结果:", ciphertext.hex())
# 解密
decrypted = tdea_decrypt(ciphertext, key1, key2, key3)
print("TDEA解密结果:", decrypted.decode())
拓展：DES拥有多种加密模式
1. ECB (Electronic Codebook, 电子密码本)
核心概念：最简单的模式。将明文分割成多个独立的64位分组，每个分组用相同的密钥进行加密。像查密码本一样，相同的明文分组总是生成相同的密文分组。
2. CBC (Cipher Block Chaining, 密码分组链接)
核心概念：引入初始化向量（IV）。每个明文分组在加密前，先与前一个密文分组进行异或操作。第一个分组与IV异或。
3. CFB (Cipher Feedback, 密码反馈)
核心概念：将DES转换为流密码。它加密的是前一个密文分组（或IV），然后将结果与明文分组进行异或来产生密文。
4、OFB (Output Feedback, 输出反馈)
核心概念：也是流密码模式。它加密的是前一个加密操作的输出（而不是密文），然后将结果与明文分组异或。密钥流（Keystream）的产生与明文无关。
5. CTR (Counter, 计数器模式)
核心概念：一种高效的流密码模式。它加密一个计数器（一个随时序递增的值），然后将结果与明文分组异或。
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