Общая схема алгоритма.

Алгоритм представляет собой сбалансированную сеть Файстеля с начальной и конечной битовыми перестановками, конечная перестановка является обращением начальной. Схема преобразования данных при зашифровании блока изображена на рисунке 8.1.

IP To L0 R0 T' f (R0, k1) k1 L1 R1 f(R1, k2) k2 L2 R2 L16 R16 IP-1 Tш Рис.8.1. Структурная схема преобразования данных по алгоритму DES

З ашифрование 64-битового блока данных Tо (входной параметр алгоритма) начинается с начальной перестановки битов в нем IP. Затем шифруемый блок разделяется на две 32-битовые части (старшую - L0 и младшую - R0 ), с которыми выполняются 16 раундов преобразования в соответствии с архитектурными принципами сети Файстеля. На каждом раунде старшая половина блока модифицируется путем побитового прибавления к ней по модулю 2 (операция ) результата вычисления функции шифрования (f), зависящей от младшей половины блока (Ri–1) и 48-битового ключевого элемента (ki). Между раундами старшая и младшая половины блока меняются местами. Таким образом, на каждом раунде кроме последнего младшая половина блока становится старшей, а модифицированная с помощью функции шифрования старшая – младшей половиной блока. На последнем раунде происходит то же самое за исключением обмена значениями половин блока. Затем полублоки объединяются в полный

блок, в котором выполняется конечная битовая перестановка (IP^–1), обратная начальной. Результат последней операции и является выходным значением цикла шифрования – зашифрованным блоком T^ш. Шестнадцать 48-битовых ключевых элементов k_i, 1 ≤ i ≤ 16, используемых в цикле шифрования, являются параметрами алгоритма и вырабатываются из 56-битового ключа в ходе рассмотренной ниже процедуры генерации ключевой последовательности. Процедура расшифрования блока данных идентична процедуре зашифрования с тем отличием, что ключевые элементы в ней используются в порядке, обратном порядку их использования при зашифровании. Таким образом, если при зашифровании ключевые элементы используются в порядке возрастания номеров

k₁, k₂, k₃, k₄, k₅, k₆, k₇, k₈, k₉, k₁₀, k₁₁, k₁₂, k₁₃, k₁₄, k₁₅, k₁₆,

то при расшифровании они должны использоваться в обратном порядке:

k₁₆, k₁₅, k₁₄, k₁₃, k₁₂, k₁₁, k₁₀, k₉, k₈, k₇, k₆, k₅, k₄, k₃, k₂, k₁.

Начальная и обратная ей конечная битовые перестановки алгоритма DES являются стандартными и должны включаться в реализацию алгоритма в неизменном виде.

С хема преобразования данных (функция шифрования) приведена на рисунке 8.2.

по 4 бита

Рис. 8.2. Функция шифрования – схема преобразования данных

Н а вход функции шифрования поступает 32-битовая половина шифруемого блока R_i-1, и 48-битовый ключевой элемент k_i . Сначала 32-битовый блок данных расширяется до 48 битов дублированием некоторых двоичных разрядов (функция E). Затем полученный расширенный блок побитово суммируется по модулю 2 с ключевым элементом (операция " "). Полученный в результате суммирования 48-битовый блок данных разделяется на восемь 6-битовых элементов данных, обозначенных h₁,h₂,…,h₈ соответственно, причем h₁ содержит шесть самых старших битов 48-битового блока, h₂ – шесть следующих по старшинству битов и т.д., наконец, h₈ – шесть самых младших битов блока. Далее каждое из значений h_i преобразуется в новое 4-битовое значение t_i с помощью соответствующего узла замен (S_i). После этого полученные восемь 4-битовых элементов данных вновь объединяются в 32-битовый блок в том же самом порядке их старшинства. Наконец, в полученном 32-битовом блоке выполняется перестановка битов (IP). Результат последней операции и является выходным значением функции шифрования.

В алгоритме DES ключевые элементы вырабатываются из ключа с использованием сдвигов и битовых выборок-перестановок. Таким образом, – и это очень важно, – ключевые элементы состоят исключительно из битов исходного ключа, "перетасованных" в различном порядке. Ключ имеет размер 64 бита, однако реально для выработки ключевых элементов используются только 56 из них. Самые младшие биты каждого байта ключа не попадают в ключевые элементы и служат исключительно для контроля четности.