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一、关于DES运作的简介：

Data Encryption Standard(DES)，数据加密标准，是典型的块加密，其基本信息如下：
  • 将要机密的明文分成n个64 位的数据块进行输入
  • 加密后的密文同样为 64 位
  • 密钥长度为 64 位，使用 64 位密钥中的 56 位进行加密(原始密钥中每字节的最高位是没有被使用的)，剩余的 8 位要么丢弃，要么作为奇偶校验位
  • Feistel 迭代结构：
    • 明文经过 16 轮迭代得到密文
    • 密文经过类似的 16 轮迭代得到明文

二、DES加密过程分析：

1.加密过程简介：

notion image

主要的加密流程：

  1. 将输入的明文进行初始置换。
  1. 将初始置换后的结果按照每组32位数据分成Ln、Rn两组。
  1. Rn经过扩展置换从32位变成48位
  1. 输入的64位密钥经过处理得到48位的密钥(具体的处理过程在下面单独分析)
  1. 将48位的Rn与48位的密钥就行异或，得出的值进行S盒压缩成32位数据
  1. 压缩后的值进行P盒置换(P盒置换对应的是扩展置换操作)
  1. 最后将值存入L(n+1)，然后Rn的值存的是当前加密轮数啥事也没干的Ln
  1. 对4~7步处理进行16次循环，得到L[16]，R[16]
  1. 将L[16]、R[16]数据进行交叉合并得到64位数据
  1. 对得到的64位数据进行逆初始值置换，得到想要的密文Y

2.加密过程中的难点分析：

1.初始置换：

首先，DES会对用户的输入进行处理，称为初始置换（Initial Permutation），用户的输入将会按照下图的顺序进行置换。(这里的操作就是将输入的64位明文按照指定的顺序重新排列)
notion image
假设用户的输入位M，经过置换后的结果为IP：
代码实现

2.扩展置换

经过初始置换后的64位数据(IP)，被分成了等长的左右两部分，可以获得初始的L和R的值：
其中右边的32位将被进行扩展置换得到48位的数据。具体的扩展过程为下图：
notion image
其实就是在固定的位置进行了添位操作，而且添加的值也都是原输入里面特定位置的值：
notion image
看着个图，添位过程就是先将输入的32位以4个位为一组分成八组，每组的前后都要添加一个位的值。
  • 当前组的第一位，放在前面一组的后面需要添位的地方。
  • 当前组的最后一位，放在后面一组的前面需要添位的地方。
(这里有点绕可以对着图理一下)
最后R0里的值为(总共48位)

3.S盒的压缩：

经过扩展的48位明文与48位密钥进行异或运算后，得到48位的数据。这48位数据分为8组，每组6位作为一个S盒的输入，而S盒的输出为4位，具体的处理方式是分别用8张4行16列的表来进行压缩
S盒1
14
4
13
1
2
15
11
8
3
10
6
12
5
9
0
7
0
15
7
4
14
2
13
1
10
6
12
11
9
5
3
8
4
1
14
8
13
6
2
11
15
12
9
7
3
10
5
0
15
12
8
2
4
9
1
7
5
11
3
14
10
0
6
13
S盒2
15
1
8
14
6
11
3
4
9
7
2
13
12
0
5
10
3
13
4
7
15
2
8
14
12
0
1
10
6
9
11
5
0
14
7
11
10
4
13
1
5
8
12
6
9
3
2
15
13
8
10
1
3
15
4
2
11
6
7
12
0
5
14
9
S盒3
10
0
9
14
6
3
15
5
1
13
12
7
11
4
2
8
13
7
0
9
3
4
6
10
2
8
5
14
12
11
15
1
13
6
4
9
8
15
3
0
11
1
2
12
5
10
14
7
1
10
13
0
6
9
8
7
4
15
14
3
11
5
2
12
S盒4
7
13
14
3
0
6
9
10
1
2
8
5
11
12
4
15
13
8
11
5
6
15
0
3
4
7
2
12
1
10
14
19
10
6
9
0
12
11
7
13
15
1
3
14
5
2
8
4
3
15
0
6
10
1
13
8
9
4
5
11
12
7
2
14
S盒5
2
12
4
1
7
10
11
6
5
8
3
15
13
0
14
9
14
11
2
12
4
7
13
1
5
0
15
13
3
9
8
6
4
2
1
11
10
13
7
8
15
9
12
5
6
3
0
14
11
8
12
7
1
14
2
13
6
15
0
9
10
4
5
3
S盒6
12
1
10
15
9
2
6
8
0
13
3
4
14
7
5
11
10
15
4
2
7
12
9
5
6
1
13
14
0
11
3
8
9
14
15
5
2
8
12
3
7
0
4
10
1
13
11
6
4
3
2
12
9
5
15
10
11
14
1
7
6
0
8
13
S盒7
4
11
2
14
15
0
8
13
3
12
9
7
5
10
6
1
13
0
11
7
4
9
1
10
14
3
5
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2
15
8
6
1
4
11
13
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3
7
14
10
15
6
8
0
5
9
2
6
11
13
8
1
4
10
7
9
5
0
15
14
2
3
12
S盒8
13
2
8
4
6
15
11
1
10
9
3
14
5
0
12
7
1
15
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8
10
3
7
4
12
5
6
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0
14
9
2
7
11
4
1
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14
2
0
6
10
13
15
3
5
8
2
1
14
7
4
10
8
13
15
12
9
0
3
5
6
11
For Example：
notion image
如图使用8个S盒压缩处理得到32位数据
代码实现

4.P盒置换：

S盒压缩后的的32位数据需要按照P盒进行置换，映射规则如下表：(和初始置换是一个套路)
16
7
20
21
29
12
28
17
1
15
23
26
5
18
31
10
2
8
24
14
32
27
3
9
19
13
30
6
22
11
4
25
之后将P盒置换的结果与啥事也没做的左半部分L0异或，然后进行交换赋值到L1和R1，大概的操作是：
接着开始新的一轮运算
代码实现

5.终止置换：

仔细观察初始置换表和终止置换表后会发现它们的排列是互逆的(一开始明文的第一位被放在了第40位处，最后又放回来了)，也就是说经过一次初始置换和一次终止置换后64位二进制的位置又还原了
notion image

6.key的生成方式：

notion image
首先，对传入的64位密钥同样进行置换但是，这里注意对于原始的64位密钥里的每字节的最高为是没有被使用的，一般这个最高位要么被弃用要么作为奇偶校验位，这样一来64位的密钥经过置换得到的密钥就变成了56位，具体置换表如下：(注意这里没有第8,16,2432,40,48,56和64位)
57
49
41
33
25
17
9
1
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50
42
34
26
18
10
2
59
51
43
35
27
19
11
3
60
52
44
36
63
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12
4
For Example：
置换完后等于56位的数，然后将其分成两部分C0和D0：(分成两个28位)
在DES加密的16轮中，每次的key是不一样的，那怎么个不一样法呢：
当我们获得C0和D0后其实是通过循环左移操作生成新的数据后，经过一个置换表后得出一个46位的key，这个key就是每轮用来异或的key，下面我们仔细分析一下具体的实现：
首先是考虑左移是怎么左移的：
C0和D0分别循环左移，每轮左移的位数是根据左移表来的：
1
1
2
2
2
2
2
2
1
2
2
2
2
2
2
1
将每组Cn和Dn进行组合，就得到了16组数据，每组数据都是56位。
代码实现
下面考虑的就是将56位的数据通过置换表得到46位的key，在压缩过程中第9、18、22、25、35、38、43、54共8位数据被丢掉：
14
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30
40
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33
48
44
49
39
56
34
53
46
42
50
36
29
32
代码实现

三、DES加解密

python加解密脚本：

补充：DES算法在CTF逆向中的应用

特征总结：
  1. 密文的长度必须是0x08字节的倍数。
  1. 秘钥的长度必须是 0x08字节。
  1. 可以尝试找一些表的特征比如循环左移表，置换表等等
 
名称
难度
难点
2020SCTF-Orz
★★★★
线性同余算法、DES