利用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)DES加密算法

DES算法是一種數(shù)據(jù)加密算法。自從1977年公布以來(lái)，一直是國(guó)際上的商用保密通信和計(jì)算機(jī)通信的最常用的加密標(biāo)準(zhǔn)。DES算法的實(shí)現(xiàn)一般用高級(jí)語(yǔ)言。

關(guān)鍵詞：加密算法 DES 匯編語(yǔ)言

目前在金融界及非金融界的保密通信中，越來(lái)越多地用到了DES算法。DES（Data Encryption Standard）即數(shù)據(jù)加密算法，是IBM公司于 1977年研究成功并公開(kāi)發(fā)表的。隨著我國(guó)三金工程尤其是金卡工程的啟動(dòng)，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡(IC卡)中被廣泛應(yīng)用，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的保密。如信用卡持卡人的PIN的加密傳輸、IC卡與POS間的雙向認(rèn)證、金融交易中的密碼鍵盤(pán)等，均用到DES算法。由于密碼鍵盤(pán)不可能使用高級(jí)語(yǔ)言，所以用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)DES就非常實(shí)用。

1 DES算法的簡(jiǎn)單原理

　　DES是一種分組密碼。假定明文m是由0和1組成的長(zhǎng)度為64位的符號(hào)串，密鑰k也是64位的0、1符號(hào)串。

設(shè)：M=m1m2m3…m64

　　　K=k1k2k3…k64

加密過(guò)程可表達(dá)如下：

DES(m)=IP-1·T16·T15…T2·T1·IP(m)

其中：IP(m)是初始置換，IP-1是逆置換，T16~T1是16次迭代。

（1）初始置換IP

　　功能是把輸入的明文m按位重新組合，并把輸出分為L(zhǎng)0、R0兩部分，每部分各長(zhǎng)32位，其置換規(guī)則如下：

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）逆置換IP-1

　　經(jīng)過(guò)16次迭代運(yùn)算后，得到L16、R16，將此作為輸入，進(jìn)行逆置換。逆置換滿足：

IP·IP-1=IP-1·IP=I

逆置換正好是初始置換的逆運(yùn)算。

（3）T16~T1的迭代計(jì)算

　　DES的迭代算法采用模2加法。

　　在通信網(wǎng)絡(luò)的兩端，雙方約定了一致的密鑰。在通信的源點(diǎn)用密鑰對(duì)核心數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并形成密文，然后，以密文的形式在公共通信網(wǎng)中傳輸?shù)酵ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的終點(diǎn)。數(shù)據(jù)到達(dá)終點(diǎn)后，用同樣的密鑰對(duì)密文數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，便再現(xiàn)了明文形式的核心數(shù)據(jù)。這樣，便保證了核心數(shù)據(jù)(如PIN、MAC等)在公共通信網(wǎng)中傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?br/>
2 匯編語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)

　　用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)DES算法有它的優(yōu)勢(shì)也有它的難點(diǎn)。優(yōu)勢(shì)是51匯編的位操作可以方便地實(shí)現(xiàn)置換功能。但用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)算法的迭代運(yùn)算及循環(huán)功能比較煩瑣。在用51匯編實(shí)現(xiàn)DES的過(guò)程中，我編寫(xiě)了幾個(gè)子程序，組合起來(lái)可實(shí)現(xiàn)DES算法加密。在這里寫(xiě)出一些思路，有需要的同行可與我聯(lián)系（E-mail：zhoubin@jlu.edu.cn）。

　　8031有16個(gè)可以位尋址的寄存器，可放置128位的數(shù)據(jù)，利用它可實(shí)現(xiàn)DES的轉(zhuǎn)置功能。將明文m放入寄存器27H~20H中，即位地址00H對(duì)應(yīng)m64 ，3FH對(duì)應(yīng)m1。利用標(biāo)志寄存器C可實(shí)現(xiàn)置換與逆置換程序。在DES的16次迭代過(guò)程中，要實(shí)現(xiàn)公式：

Li=Ri-1；Ri=Li-1f(Ri-1，ki)

的運(yùn)算過(guò)程,其關(guān)鍵在于f(Ri-1，ki)的功能。f是將32位的輸入轉(zhuǎn)化為32位的輸出。其中含3項(xiàng)技術(shù):

　?、?將32位膨脹為48位的E功能。該項(xiàng)功能可用類似于置換功能的子程序編寫(xiě)。

　　② 48位子密鑰的生成。為了便于51匯編生成子密鑰，可以使用主機(jī)用串口下傳的方式，由主機(jī)將16個(gè)子密鑰傳給89C52為核心的單片機(jī)，然后存入80H~FFH中。如果密鑰是固定的，則可直接將子密鑰固化在89C52的Flash中。

　?、?S盒的功能是將48位的輸入再次縮為32位。具體實(shí)現(xiàn)是將S盒表存入89C52的Flash中，每次通過(guò)查表求得S輸出的結(jié)果。

下面列舉其中的幾個(gè)子程序。

（1）IP置換子程序

；入口寄存器：(MSB)2726252423222120(LSB)，出口寄存器：(MSB)2F2E2D2C2B2A2928(LSB)

；功能：將入口寄存器的數(shù)據(jù)按置換表?yè)Q位。

IP: MOV C，06H ；將m58送到進(jìn)位標(biāo)志中

MOV 7FH，C ；將進(jìn)位標(biāo)志送m1中

MOV C，0EH ；將m50送到進(jìn)位標(biāo)志中

MOV 7EH，C ；將進(jìn)位標(biāo)志送m2中

；重復(fù)，按表編寫(xiě)

.

.

.

MOV C，31H ；將m15送到進(jìn)位標(biāo)志中

MOV 41H，C ；將進(jìn)位標(biāo)志送m63中

MOV C，39H ；將m7送到進(jìn)位標(biāo)志中

MOV 40H，C ；將進(jìn)位標(biāo)志送m64中

RET

（2）逆置換子程序

;入口寄存器：(MSB)2726252423222120(LSB)，出口寄存器：(MSB)2F2E2D2C2B2A2928(LSB)

;功能：將入口寄存器的數(shù)據(jù)按逆置換表?yè)Q位。

IPRVS：MOV C，18H ；將m40送到進(jìn)位標(biāo)志中

MOV 7FH，C ；將進(jìn)位標(biāo)志送m1中

MOV C，38H

.

.

.

RET

（3）異或子程序

；入口寄存器：272625243F3E3D3C，出口寄存器：2B2A2928

；功能：將寄存器27262524的內(nèi)容和寄存器3F3E3D3C的內(nèi)容異或。結(jié)果保存在2B2A2928寄存器中。

XORLF: MOV A，3FH ；將高8位異或

XRL A，27H

MOV 2BH，A ；放入出口處

MOV A，3EH

XRL A，26H

MOV 2AH，A

MOV A，3DH

XRL A，25H

MOV 29H，A

MOV A，3CH

XRL A，24H

MOV 28H，A

RET

（4）S盒子程序

；入口寄存器：(MSB)2F2E2D2C2B2A2928，出口寄存器：(MSB)27262524

；功能：48位→32位

S6TO4: MOV 20h，2FH ；取出高位數(shù)據(jù)

LCALL S162345 ；調(diào)用實(shí)現(xiàn)Si(b1b6，b2b3b4b5)

；的功能子程序

MOV DPTR，#S1TAB；S盒表的首址

MOV A，21H ；取出第幾個(gè)S盒

LCALL DPTRADD

CLR A

MOVC A，@A+DPTR；求出S盒的表地址及S 結(jié)果

SWAP A

MOV 27H，A ；保存高位結(jié)果

MOV 20H，2EH

LCALL S162345

；重復(fù)

RET

利用這些子程序，我們成功地開(kāi)發(fā)了以89C52為核心單片機(jī)的密鑰鍵盤(pán)，可用于金融系統(tǒng)的用戶遠(yuǎn)程密碼修改，也可用于其它商用密文的傳輸。