DES —— 数据加密标准

• DES —— JAVA代码
  • 普通DES代码如下
  • 三重DES代码如下
  • DES填充方式说明：
• DES —— 消息传递过程
• DES和DESEde —— 简介
• DES —— 算法实现



DES —— JAVA代码

二话不说，先把代码实现再学习原理！

普通DES代码如下

1import javax.crypto.Cipher;
2import javax.crypto.KeyGenerator;
3import javax.crypto.SecretKey;
4import javax.crypto.SecretKeyFactory;
5import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
6import java.security.InvalidKeyException;
7import java.security.Key;
8import java.security.NoSuchAlgorithmException;
9import java.util.Base64;
10
11/**
12 * @author : R&M www.rmworking.com/blog
13 *         2019/8/18 14:40
14 *         jsoup_demo
15 *         org.security.utils
16 */
17public class DESUtil {
18    public static void main(String[] args) throws Exception {
19        // 需要加密的数据
20        String str = "qnloft.com（青柠Loft）";
21        // 初始化密匙
22        byte[] key = DESUtil.initKey();
23        System.out.println("密匙：" + Base64.getEncoder().encodeToString(key));
24        // 加密
25        byte[] encryptData = DESUtil.encrypt(str.getBytes(), key);
26        System.out.println("加密结果：" + Base64.getEncoder().encodeToString(encryptData));
27        // 解密
28        String resutl = new String(DESUtil.decrypt(encryptData, key));
29        System.out.println("解密结果：" + resutl);
30    }
31
32    private static final String KEY_ALGORITHM = "DES";
33    /**
34     * 加解密算法/工作模式/填充方式
35     */
36    private static final String CIPHER_ALGORITHM_PKCS5 = "DES/ECB/PKCS5Padding";
37
38    /**
39     * 生成密匙
40     * @return
41     * @throws NoSuchAlgorithmException
42     */
43    public static byte[] initKey() throws NoSuchAlgorithmException {
44        // 实例化密匙生成器
45        KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
46        // 初始化密匙生成器
47        kg.init(56);
48        // 生成密匙
49        SecretKey secretKey = kg.generateKey();
50        // 二进制形式返回密匙
51        return secretKey.getEncoded();
52    }
53
54    /**
55     * 加密
56     * @param data
57     * @param key
58     * @return
59     */
60    public static byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
61        // 还原密匙
62        Key k = toKey(key);
63        // 实例化
64        Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_PKCS5);
65        // 初始化,设置为解密模式
66        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);
67        // 执行操作
68        return cipher.doFinal(data);
69    }
70
71    /**
72     * 解密
73     * @param data
74     * @param key
75     * @return
76     * @throws Exception
77     */
78    public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
79        // 还原密匙
80        Key k = toKey(key);
81        // 实例化
82        Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_PKCS5);
83        // 初始化,设置为解密模式
84        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k);
85        // 执行操作
86        return cipher.doFinal(data);
87    }
88
89    /**
90     * 转换密匙
91     * @param key
92     * @return
93     * @throws InvalidKeyException
94     */
95    private static Key toKey(byte[] key) throws Exception {
96        // 实例化DES密匙材料
97        DESKeySpec desKeySpec = new DESKeySpec(key);
98        // 实例化密匙工厂
99        SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
100        // 生成密匙
101        return keyFactory.generateSecret(desKeySpec);
102    }
103
104}

三重DES代码如下

1import javax.crypto.Cipher;
2import javax.crypto.KeyGenerator;
3import javax.crypto.SecretKey;
4import javax.crypto.SecretKeyFactory;
5import javax.crypto.spec.DESedeKeySpec;
6import java.security.InvalidKeyException;
7import java.security.Key;
8import java.security.NoSuchAlgorithmException;
9import java.util.Base64;
10
11/**
12 * @author : R&M www.rmworking.com/blog
13 *         2019/8/25 17:28
14 *         jsoup_demo
15 *         org.security.utils
16 */
17public class DESEdeUtil {
18    public static void main(String[] args) throws Exception {
19        // 需要加密的数据
20        String str = "qnloft.com（青柠Loft）";
21        // 初始化密匙
22        byte[] key = DESEdeUtil.initKey();
23        System.out.println("密匙：" + Base64.getEncoder().encodeToString(key));
24        // 加密
25        byte[] encryptData = DESEdeUtil.encrypt(str.getBytes(), key);
26        System.out.println("加密结果：" + Base64.getEncoder().encodeToString(encryptData));
27        // 解密
28        String resutl = new String(DESEdeUtil.decrypt(encryptData, key));
29        System.out.println("解密结果：" + resutl);
30    }
31
32    private static final String KEY_ALGORITHM = "DESede";
33    /**
34     * 加解密算法/工作模式/填充方式
35     *
36     * 数据补位一般有NoPadding和PKCS7Padding(JAVA中是PKCS5Padding)填充方式
37     */
38    private static final String CIPHER_ALGORITHM_PKCS5 = "DESede/ECB/PKCS5Padding";
39
40    /**
41     * 生成密匙
42     * @return
43     * @throws NoSuchAlgorithmException
44     */
45    public static byte[] initKey() throws NoSuchAlgorithmException {
46        // 实例化密匙生成器
47        KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
48        // 初始化密匙生成器
49        kg.init(168);
50        // 生成密匙
51        SecretKey secretKey = kg.generateKey();
52        // 二进制形式返回密匙
53        return secretKey.getEncoded();
54    }
55
56    /**
57     * 加密
58     * @param data
59     * @param key
60     * @return
61     */
62    public static byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
63        // 还原密匙
64        Key k = toKey(key);
65        // 实例化
66        Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_PKCS5);
67        // 初始化,设置为解密模式
68        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);
69        // 执行操作
70        return cipher.doFinal(data);
71    }
72
73    /**
74     * 解密
75     * @param data
76     * @param key
77     * @return
78     * @throws Exception
79     */
80    public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
81        // 还原密匙
82        Key k = toKey(key);
83        // 实例化
84        Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_PKCS5);
85        // 初始化,设置为解密模式
86        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k);
87        // 执行操作
88        return cipher.doFinal(data);
89    }
90
91    /**
92     * 转换密匙
93     * @param key
94     * @return
95     * @throws InvalidKeyException
96     */
97    private static Key toKey(byte[] key) throws Exception {
98        // 实例化DES密匙材料
99        DESedeKeySpec desKeySpec = new DESedeKeySpec(key);
100        // 实例化密匙工厂
101        SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
102        // 生成密匙
103        return keyFactory.generateSecret(desKeySpec);
104    }
105}

DES填充方式说明：

• NoPadding 填充方式：算法本身不填充，
• PKCS5Padding 填充方式：为JAVA的默认填充方式，对加密数据字节长度对8取余为r，如r大于0，则补8-r个字节，字节为8-r的值；如果r等于0，则补8个字节8。比如：加密字符串为为AAA，则补位为AAA55555;加密字符串为BBBBBB，则补位为BBBBBB22；加密字符串为CCCCCCCC，则补位为CCCCCCCC88888888。

DES —— 消息传递过程



• 甲方（发送者）生成密钥Key
• 将生成的key传给乙方
• 甲方使用密钥对字符串进行加密
• 甲方加加密后的字符串传给乙方
• 乙方根据密钥key对字符串进行解密操作

DES和DESEde —— 简介

DES全称为Data Encryption Standard，即数据加密标准，是一种使用密钥加密的块算法，1977年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准（FIPS），并授权在非密级政府通信中使用，随后该算法在国际上广泛流传开来。需要注意的是，在某些文献中，作为算法的DES称为数据加密算法（Data Encryption Algorithm,DEA），已与作为标准的DES区分开来。

1988年后，实例化DES算法破译机的出现，彻底宣告DES算法已经不具备安全性。

3DES（即Triple DES）是DES向AES过渡的加密算法，它使用3条56位的密钥对数据进行三次加密。是DES的一个更安全的变形。它以DES为基本模块，通过组合分组方法设计出分组加密算法。比起最初的DES，3DES更为安全。

DESEde使用两个密钥，执行三次DES算法，加密的过程是加密-解密-加密，解密的过程是解密-加密-解密。

• 3DES加密过程为：C=Ek3(Dk2(Ek1(P)))
• 3DES解密过程为：P=Dk1(EK2(Dk3(C)))

采用两个密钥进行三重加密的好处有：

1. 两个密钥合起来有效密钥长度有112bit，可以满足商业应用的需要，若采用总长为168bit的三个密钥，会产生不必要的开销。
2. 加密时采用加密-解密-加密，而不是加密-加密-加密的形式，这样有效的实现了与现有DES系统的向后兼容问题。因为当K1=K2时，三重DES的效果就和原来的DES一样，有助于逐渐推广三重DES。
3. 三重DES具有足够的安全性，目前还没有关于攻破3DES的报道。

密匙比较：

1DES密匙：   be+SuW5Jnc0=
2DESEde密匙：JrkV4N/TXRlkZHP3Aj1h38TCitlRvz1R

从密匙长度我们可以看出三重DES的缺点就是解密的速度会比DES慢很多，时间换安全也是非常值得的事情。

DES —— 算法实现

DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块,它所使用的密钥也是64位（实际用到了56位，第8、16、24、32、40、48、56、64位是校验位， 使得每个密钥都有奇数个1），其算法主要分为两步：

1.) 初始置换

其功能是把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位，其置换规则为将输入的第58位换到第一位,第50位换到第2位……依此类推,最后一位是原来的第7位。L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0是右32位,例:设置换前的输入值为D1D2D3……D64,则经过初始置换后的结果为:L0=D58D50……D8;R0=D57D49……D7。

其置换规则见下表：
58,50,42,34,26,18,10,2,
60,52,44,36,28,20,12,4,
62,54,46,38,30,22,14,6,
64,56,48,40,32,24,16,8,
57,49,41,33,25,17,9,1,
59,51,43,35,27,19,11,3,
61,53,45,37,29,21,13,5,
63,55,47,39,31,23,15,7,

2.) 逆置换

经过16次迭代运算后,得到L16、R16,将此作为输入，进行逆置换，逆置换正好是初始置换的逆运算，由此即得到密文输出

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