單片機匯編語(yǔ)言實(shí)現DES加密算法

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）即數據加密算法，是IBM公司于 1977年研究成功并公開(kāi)發(fā)表的。隨著(zhù)我國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)中被廣泛應用，以此來(lái)實(shí)現關(guān)鍵數據的保密。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)不可能使用高級語(yǔ)言，所以用匯編語(yǔ)言實(shí)現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(cháng)度為64位的符號串，密鑰k也是64位的0、1符號串。

設：M=m1m2m3…m64

　　　K=k1k2k3…k64

加密過(guò)程可表達如下：

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(cháng)0、R0兩部分，每部分各長(cháng)32位，其置換規則如下：

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次迭代運算后，得到L16、R16，將此作為輸入，進(jìn)行逆置換。逆置換滿(mǎn)足：

IP·IP-1=IP-1·IP=I

逆置換正好是初始置換的逆運算。

（3）T16~T1的迭代計算

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)用密鑰對核心數據進(jìn)行加密并形成密文，然后，以密文的形式在公共通信網(wǎng)中傳輸到通信網(wǎng)絡(luò )的終點(diǎn)。數據到達終點(diǎn)后，用同樣的密鑰對密文數據進(jìn)行解密，便再現了明文形式的核心數據。這樣，便保證了核心數據(如PIN、MAC等)在公共通信網(wǎng)中傳輸的安全性和可靠性。

2 匯編語(yǔ)言的實(shí)現

用匯編語(yǔ)言實(shí)現DES算法有它的優(yōu)勢也有它的難點(diǎn)。優(yōu)勢是51匯編的位操作可以方便地實(shí)現置換功能。但用匯編語(yǔ)言實(shí)現算法的迭代運算及循環(huán)功能比較煩瑣。在用51匯編實(shí)現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位的數據，利用它可實(shí)現DES的轉置功能。將明文m放入寄存器27H~20H中，即位地址00H對應m64 ，3FH對應m1。利用標志寄存器C可實(shí)現置換與逆置換程序。在DES的16次迭代過(guò)程中，要實(shí)現公式：

Li=Ri-1；Ri=Li-1f(Ri-1，ki)

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

① 將32位膨脹為48位的E功能。該項功能可用類(lèi)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，可以使用主機用串口下傳的方式，由主機將16個(gè)子密鑰傳給89C52為核心的單片機，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輸出的結果。