２０ｌＯ年第５期Ｔ业仪表与自动化装置・８３・网络数据ＤＥＳ加密算法研究与实现万正道（邯邢矿山管理局安徽开发矿业有限公司，安徽六安２３７４６２）摘要：介绍了几种常见的网络数据加密方法，分析了对称加密与不对称加密的优缺点，结合实际详细阐述了ＤＥＳ对称加密算法运算与密钥计算，并在ＶＣ＋＋６．０中实现了该算法，论证了该算法加密的快速性与可行性。关键词：网络数据；ＤＥＳ算法；加密中图分类号：ＴＰ３９３．０８文献标志码：Ａ文章编号：１０００—０６８２（２０１０）０５—００８３一０４Ｒｅａｓｅａｒｃｈｉｎｇａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉ帅ｏｆＤＥＳｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｎｅｔｗｏｒｋｄａｔａ（月缸谢增胍肌觇姊睁讲肌知月捌枞幻帆Ａ砘越砌打ｗ珧地脚吼ｅ叫ｃ０．Ｍ，Ａ施““眦ｎｗＡＮＺｈｅｎｇｄ帅２３７４６２，ｃ＾ｉｗ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｎｉｃｌｅｄｅｓｃｒｉｂｅｓｓｏｍｅｃｏｍｍｏｎｎｅｔｗｏｒｋｄａｔａｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ａｎａｌｙｚｅｔｈｅａｄｖａｎｔａ—ｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｓｙｍｍｅｔｒｉｃｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎａｎｄａｓｙｍｍｅ啊ｃｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｄｅ—ｔａｊｌｏｆｔｈｅＤＥＳｓｙｍｍｅｔｒｉｃｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎａ１９０ｒｉｔｈｍａｎｄｋｅｙｃｏｍｐｕｔｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ，ａｎｄｉｎＶＣ＋＋６．０ｔｏａ－ｃｈｉｅｖｅａｃｈａｎｇｅｉｎｔＩｌｅａ１９０ｒｉｔｈｍ，ｄｅｍｏｎｓ№ｔｅｓｔｈｅｒａｐｉｄｃｈａｎｇｅａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｅｎｃ呻ｔｉｏｎａ１９０ｒｉｔｈｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｅｔｗｏｒｋｄａｔａ；ＤＥＳａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｅｎｃ呻ｔｉｏｎＯ引言ｌＤＥＳ算法运算分析网络数据加密方式有对称加密、不对称加密或ＤＥｓ算法是用５６位密钥对６４位的明文操作，者通过网络传递数据加密。常用的加密算法有该算法运算分为７个步骤：输入６４个二进制明ＲＳＡ、ＤＥＳ、ＳＳＦ３３、３ＤＥＳ等。ＲＳＡ为非对称加密算文数据Ⅸ组：丁＝ｔ，，ｔ：，…，‰，按照初始换位表ＩＰ进法，该算法在数较小时易于实现，而基于网络安全需行换位，得到数据组Ｂ＝６，，６：，…，６６４，换位表ＩＰ设要有大整数的运算，ＲＳＡ就需要执行大量的加减乘置为８行８列，ｏｉｉ表示行列巾第ｉ行第，列位置，置除、模幂、模逆和密钥对生成运算，软件实现起来慢，换规则为口ｌ，Ｈ口豇，％Ｈ口弭，％＋＋口击，％＋＋口谬，０５，＋＋特别在硬件实现时效率低；对称加密也称为私钥加口ｎ＇％＋＋ｏ凸，口７ｆ＋÷口６，口８，＋＋口订，ＩＰ表见表ｌ。密。采用私钥算法，加解密数据使用同一个密钥，它表ｌＤＥｓ算法ＩＰ表以块为单位加密数据，一次加密一个数据块，其优点５８５０４２３４２６１８１０２是加解密速度快，适合加密大量数据。ＤＥｓ算法常６０５２４４３６２８２０１２４用于身份识别领域，对于电力系统这样安全高要求６２５４６３８３０２２１４系统也常用此算法加密，比如，办理电站调度操作票６４５６４８加３２２４１６时，电脑钥匙需通过接口与Ｐｃ机联系下载操作票，５７４９４ｌ３３２５１７９这种双向识别为保安全可用该算法。下面对该算法５９５ｌ４３３５２７１９１１加以解析并在程序上加以仿真验证。６ｌ５３４５３７２９２ｌ１３６３５５４７３９３ｌ２３１５设Ｂ‘ｉ’＝６ｌ‘‘’６２‘订…６６４‘‘’是第ｉ＋１次迭代的收稿日期：２０ｌＯ一０３—２０作者简介：万正道（１９８２），男，湖北黄冈人。Ｔ学硕士．助理Ｔ程６４个二进制位输入区组，将曰分为￡和尺两个部师，供职于五矿矿业安徽开发有限公司，研究方向为检测技术与自动分，每一部分为一个３２位二进制的数据块。化装置，感兴趣方向为工业网络监控技术，移动网络自动检测。￡‘ｉ’＝Ｚｌ‘ｉ’乞‘订…Ｚ３２‘‘’＝６Ｉ‘‘’６２‘ｉ’…６３２‘ｉ’万方数据・８４・工业仪表与自动化装置２０１０年第５期Ｒ（‘）２＾（订ｒ２（‘）…７３２（ｉ）＝６３３（‘）６３４（‘）…６矾（‘）把Ｒ看成是由８个４位二进制的块组成７ｌ（ｉ）ｒ２（ｉ）ｒ３（ｉ）ｒ４（ｉ）ｒ５（‘）ｒ６（‘）ｒ７（‘）７８（‘）ｂ‘。‰‘‘’ｒ３ｌ‘ｏｒ３２（‘’通过循环抄录相邻块的相邻块，将上述８个４位二进制扩充为８个６位二进制的块，３２（‘）－（ｉ）ｒ２（ｉ），３（‘）ｒ４（ｉ）如（‘）ｒ４（‘）ｒ５（‘）ｒ６（‘）ｒ７（‘）ｒ８（‘）ｒ９（ｊ）ｒ２８（‘）ｂ（‘）ｒ３０（‘）ｒ３Ｉ（‘）ｒ３２（‘）７ｌ（ｉ）用Ｅ（Ｒ）表示这个变换，称为扩充函数，见表２。表２扩充函数表在第ｉ＋１次迭代中，用４８位二进制密钥Ｋ‘“１）＝七ｌ‘“１’ｊ｝２‘许１’…ｋ‘“１’与Ｅ（Ｒ）按位相加（逻辑异或），得：ｒ３２‘１’峨‘川∥’＋∥＋１）．．・ｒ５‘‘’＋∥＋１’ｒ４‘‘’＋．｜｝７‘㈤ｒ５（ｉ’＋Ｉ｜｝８‘㈨…ｒ９‘‘’也２‘川仫‘‘’＋ｋ‘Ｍ’畅‘‘’＋ｋ‘“¨…ｒｌ‘‘’＋ｋ‘“１’将以上第，个（１吲≤６）６位二进制块记为ｚ＝（和钮和铂和知）输入第＿『个替代函数Ｉｓｆ中，Ｓ，的功能是把６位数变换成４位数，方法是以名。％为行号，和和红２１５为列号，查找ｓ，，行列交叉处即是要输出的４位数。替代函数如下：Ｓ１：１４，４，１３，ｌ，２，１５，１１，８，３，１０，６，１２，５，９，Ｏ，７；Ｏ，１５，７，４，１４，２，１３，１，１０，６，１２，１１，９，５，３，８；４，ｌ，１４，８，１３，６，２，ｌｌ，１５，１２，９，７，３，１０，５，０；１５，１２，８，２，４，９，ｌ，７，５，１１，３，１４，１０，０，６，１３；岛：１５，１，８，１４，６，１１，３，４，９，７，２，１３，１２，０，５，１０；３，１３，４，７，１４，２，８，１５，１２，０，ｌ，１０，６，９，１１，５；Ｏ，１４，７，１ｌ，１０，４，１３，ｌ，５，８，１２，６，９，３，２，１５；１３，８，１０，ｌ，３，１５，４，２，１ｌ，６，７，１２，０，５，１４，９；依次类推：Ｓｇ：１３，２，８，４，６，１５，１１，ｌ，１０，９，３，１４，５，Ｏ，１２，７；万方数据ｌ，１５，１３，８，１０，３，７，４，１２，５，６，１ｌ，Ｏ，１４，９，２；７，１ｌ，４，１，９，１２，１４，２，０，６，１０，１３，１５，３，５，８；２，ｌ，１４，７，４，１０，８，１３，１５，１２，９，０，３，５，６，１ｌ；８个替代函数ｓｉ（１吲≤８）的输出拼接为３２位二进制数据区组，，ｌ‘‘’扎‘‘’…儿２‘订，把它作为换位函数尸（见表３）的输入，得到输出为：ｘ‘‘’＝茹ｌ‘ｉ’菇２‘‘’…菇３２‘‘’２，，∥’ｙ１７‘‘’…勉（‘）表３换位函数尸表把∥与Ｆ按位相加，得出Ｒ“１，令硝＝Ｌ“１，即得出经过第ｉ＋１次迭代加密后的输出矿１，月”１，其中己‘“１’＝硝，Ｒ‘“１’＝∥刚膏，彪‘“１’），在这１６次迭代中，前１５次￡表示左３２位，Ｒ表示右３２位，最后一次迭代后，Ｌ表示右３２位，Ｒ表示左３２位，最后一次不再左右变换，以保证加密的对称性。最后对Ｒ和￡做逆初始变换即可得到密码文。逆初始变换表ＩＰ见表４。表４口逆变换表所以最后有：月ｉ＝己‘“¨，￡‘＝Ｒ‘州’Ｇ抓Ｌ‘，Ｋ‘州’）２ＤＥＳ算法密钥计算方法在每次迭代中要用到的４８位密钥是根据６４位原始密钥计算出来的。设６４位原始密钥为：Ｋ＝Ｊ｜｝，孟２…ｋ，４８位密钥为：影＂＝｜｜｝Ｉ¨’．｜｝２“’…ｋ“’（ｉ＝１５，１４，…，Ｏ），将原始密钥中所有８的倍数位故ｊ｝，。…ｋ用作奇偶校验位，４８位密钥计算过程为：先要舍弃原始密钥Ｋ中的所有奇偶校验位，经过换位２０ｌＯ年第５期工业仪表与自动化装置・８５・选择处理，变成Ｃ‘∞，口（们两个各为２８位的数据区组。其中Ｃ‘ｏ’换位表见表５。Ｄ‘ｏ’换位表见表６。Ｃ（ｏ）＝ｃｌ（ｏ）ｃ２（∞…ｃ２ｓ（ｏ）＝后卯知４９…后３６，Ｄ‘ｏ’＝ｄｌ‘ｏ’畋‘ｏ’…ｄ２８‘ｏ’＝后６３矗晒…以。表５Ｃ‘。’）换位表再将Ｃ‘们，Ｄ‘ｏ’各做尼（ｎ＝ｌ，２）位左循环移位，得到Ｃ‘１’＝ＡｎＣ‘∞，Ｄ‘１’＝Ａ，国‘们，对应不同ｉ的左循环移位位数为：ｉ１２３４５６７８儿１ｌ２２２２２２ｉ９１０１１１２１３１４１５１６凡ｌ２２２２２２２将Ｃ‘¨，Ｄ‘１’拼接为｜｜｝ｌ‘１’后２‘¨…ｋ‘１’＝ｅ１４‘１’ｅ１７‘１’…ｅ３２‘１’ｄｌ‘１’如‘１’…咄‘ｎ，用换位选择２（见表７），从中选出４８位，形成第１次迭代使用的加密密钥：Ｋ‘”＝后ｌ‘１’后２‘１’…ｋ‘”＝ｅ１４‘１’ｅ１７‘”…ｅ３２（１）用同样的方法递推产生第ｉ次（ｉ＝２，…，１６）迭代的密钥。表７置换选择２表３ＤＥＳ算法的程序设计上面对ＤＥｓ算法运算分析和密钥的计算的分析，将ＤＥｓ算法运算过程分为下面９个步骤：万方数据１）从外部输入“位原始密钥Ｊ｜｝．Ｊｉ｝：…ｋ，其中５６位是密钥位，８位是奇偶校验位；２）由Ｊ｜｝。后２…ｋ依次计算出１６个４８位密钥后‘１’五‘２’…尼‘１６’，分别用于第１．１６次迭代，从外部输入６４位明码文￡ｌ乞…‰；３）对ｆ。ｔ：…‰做初始换位，然后分成３２位的Ｌ‘们，Ｒ‘ｍ，迭代计数器置ｌ，把扩充函数作用于Ｒ‘ｉ一¨，得Ｅ（Ｒ‘“’）；４）若执行加密操作，则选用七“’，若执行解密操作，则选用后‘”一’；５）计算Ｅ（Ｒ‘扛１’）ｏＫ‘订，得４８位的数据区组：Ｚ（ｉ）＝ｚｌ（ｉ）乞（虬・‰（ｉ）；６）将ｚ“’分组分别通过相应的．ｓｉ，得到３２位的数据区组：ｐ‘’＝ｙｌ‘ｊ’儿‘‘’…‰‘‘’；７）将换位函数Ｐ作用于Ｆ订，得到Ｘ“’＝Ｐ（∥ｉ’），计算尺‘ｉ’＝Ｘ‘ｉ’ｏＬ‘扣¨；８）令Ｌ‘ｉ’＝尺‘扣¨，迭代计数器加ｌ。９）如果迭代计数器≤１６，则再次做第６）～８）步，否则将（Ｒ“的￡¨”）经逆初始换位作用之后输出。根据以上步骤，用Ｃ＋＋语言实现，下面给出关键函数说明：ｓｔａｔｉｃｖｏｉｄＤＥＳ（ｃｈａｒ０ｕｔ［８］，ｃｈ盯Ｉｎ［８］，ｃｏｎｓｔＳｕＢＫＥＹ—Ｐｐｓｋｅｙ，ｂｏｏｌＴｙｐｅ）；／／标准ＤＥＳ加解密ｓｔａｔｉｃｖｏｉｄＳＥＴＫＥＹ（ｃｏＩｌｓｔｃｈａｒ术Ｋｅｙ，ｉＩｌｔｌｅｎ）；／／设置密钥ｓｔａｔｉｃｖｏｉｄＳｅｔ—ＳｕｂＫｅｙ（ＳＵＢＫＥＹ—Ｐｐｓｋｅｙ，ｃｏｎｓｔｃｈｆｕｒＫｅｙ［８］）；／／设置子密钥ｓｔａｔｉｃｖｏｉｄＦ＿ＦｕＮｃｌｒＩＯＮ（ｂ００ｌＩｎ［３２］，ｃｏｎｓｔｂｏｏｌ硒［４８］）；／／ｆ函数完成扩展置换、ｓ盒代替和Ｐ盒置换ｓｔａｔｉｃｖｏｉｄｓ—ＢＯｘＦ（ｂｏｏｌＯｕｔ［３２］，ｃｏｎｓｔｂ００ｌＩｎ［４８］）；／／Ｓ一盒代替函数ｓｔａ【ｔｉｃ、ｒｏｉｄＴＲＡＮＳＦＯＲＭ（ｂｏｏｌ爿：Ｏｕｔ，ｂｏｏｌ术Ｉｎ，ｃｏｎｓｔｃｈａｒ宰Ｔａｂｌｅ，ｉｎｔｌｅｎ）；／／变换函数ｓｔａｔｉｃｖｏｉｄＸＯＲ（ｂｏｏｌ木ＩｎＡ，ｃｏｎ８ｔｂｏｏｌ木ＩｎＢ，ｉｎｔｌｅｎ）；／／异或函数ｓｔａｔｉｃｖｏｉｄＣＹＣＬＥＬＥＦｒ（ｂ００１唪Ｉｎ，ｉｎｔｌｅｎ，ｉｎｔｌｏｏｐ）；／／循环左移函数ｓｔａｔｉｃｖｏｉｄＢｙｔｅＴｏＢｉｔ（ｂｏｏｌ书Ｏｕｔ，ｃｏｎｓｔｃｈａｒ幸Ｉｎ。ｉｎｔｂｉｔｓ）；／／字节组转换成位组函数ｓ诅ｔｉｃｖｏｉｄＢｉｔＴｏＢ”ｅ（ｃｈ盯书Ｏｕｔ，ｃｏｎｓｔｂｏｏｌ簟Ｉｎ，ｉｎｔｂｉｔｓ）；／／位组转换成字节组函数ｓｔａｔｉｃｂｏｏｌＳｕｂＫｅｙ；／／子密钥。・８６・工业仪表与自动化装置２０１０年第５期４实验结果分析在Ｖｃ＋＋６．０下实现测试结果见图ｌ。心数据进行ＤＥＳ加密，然后以密码形式在公共通信网中传输到通信网络的终点，数据到达目的地后，用同样的Ｋｅｙ对密码数据进行解密。网络数据使用该法加密能防止数据在传输过程中被窃听或者篡改，尤其适用长数据。但是，由于ＤＥｓ算法采用的是单密钥，在密钥管理方面，算法要求通信前对密钥进行秘密分配，密钥的更换困难，所以对不同的通信对象，需产生和保管不同的密钥。利用该算法做成的硬件产品层出不穷，如引青中提到的电站用到的“电脑钥匙”，一些ｕＫｅｙ产品现在也随处可见。参考文献：［１］卢开澄．计算机密码学：计算机网络中的数据保密与图ｌＶＣ＋＋６．０下ＤＥＳ测试结果安全［Ｍ］．（３版）．北京：清华大学出版社，２００３．［２］陈琳．ＤＥｓ算法的安全性及其应用［Ｊ］．福建信息技术ＤＥｓ加密算法的加密流程概括为初始置换运算、１６轮循环迭代运算和逆初始置换运算３个过程，程序运行结果很好地说明了该算法加解密的快速性，这种快速加解密方法常用于通信网络两端，当双方约定了一致的Ｋｅｙ，在通信的源点用Ｋｅｙ对核（上接第８２页）机组远利实时数捌接入ｌＩ细分机组类慢及监测ｔ点对机组进ｉｊ侧重型分类监测教育，２００８，［３］靳冰，赖宏慧，贾玉珍．ＤＥｓ加密算法安全分析［Ｊ］．网络与安全技术，２００７（２）：７４—７５．［４］李少芳．ＤＥｓ加密过程探讨［Ｊ］．计算机与现代化，２００６（８）：１０２一１０４。１０９．在国内仍属于普及阶段，如何利用现有的硬件条件对机组真实状态进行评估及趋势预测，仍属于不断进步不断完善的过程。陕鼓远程在线监测及故障诊断中心在多年状态监测及实用性故障诊断技术研究应用过程中，探索出一套完整的分类型多种特征量择类趋ｌ频谱ｌｌ轴心轨ｌＩ灵敏监１ｌＦｊ停机ｌ势数据分析幽幽幽幽利ｆ｝ｊ趋辨’Ｐ均澎；‘ＩＦ￡线趋势预测相结介，做Ⅲ机约ｌ蝗体发行暖＾部什劣化趋势曲线，楸捌仂Ｉ殳榆修情况调｛；！ｌ曲线斜率，形成泼机斜ｉ特ｎｆ：趟辨琐测曲线。结介【１前机组存存的潜存故障’ｉｆ６１测分析结粜，撰１；机钉Ｉ远行月冷断评估撤，Ｉｉ，提供给Ｊ｜Ｊ，“，通过川，’，现场反馈，综合“．总后形成ＪＪ机自ｉ运行也爿之。ＩＬ其他诊断图监测与多种趋势分析相结合的精细化监测体系。通过近４年的在线监测及故障诊断服务效果，证明了该体系的准确性与实用性。参考文献：［１］张金玉，张优云，谢友柏．大型回转机械智能综合诊断处理支持中心的研究［Ｊ］．中国机械工程，１９９９，ｌＯ（４）：４ｌｌ一４１４．［２］张金玉，张优云，谢友柏．基于证据理论的综合诊断理论与应用［ｃ］．武汉：１９９８年全国设备诊断工程会议论文集，１９９８：９５—１０１．［３］０ｋａ如ｒＡｃ．Ｍｕｌｔｉ—ｓｅｎｓｏｒｗｏｒｋｓｆｏｒＰａｒｔＩ：谱分析对疑难或币点：溉测机缎Ｉ，利ＪＨ＃家ｍ作Ｍ络、ｒｆｒ进行远程分析诊断艾持，提供决策意见。根槲季度或’｜，，十址爿毛，凋螫机组：‰测分类发监测ｔ＾。Ｉｎｔｅ刚ｉｏｎｕｓｉｎｇＮｅｕｒａｌＮｅｔ－图４精细化监测管理体系构架ｆ捌ｉｃｔｉｎｇＱＩｌａＩｉｔｙＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＥｎｄ—ｍｉｌｌｅｄＥｆ！Ｆｂｃ协ｏｆＴｒａｉｎｉｎｇ诊断报告ｌ２９７份，故障预警４００余次，据不完全统计，带来直接经济效益５０００余万元。为安全高效生产提供了有力的保障与准确的技术支持。ＩｎｄｉＶｉｄｕａｌＰ锄埘Ｉｅｔｅｒｓ［ｃ］．ＳＰＩＥ２２４３。１９９４：１１９一１３１．４结束语对于第４代检修维修方式，基于设备状态维修万方数据
