單片機匯編語言實現(xiàn)DES加密算法

目前在金融界及非金融界的保密通信中，越來越多地用到了DES算法。DES（Data Encryption Standard）即數(shù)據(jù)加密算法，是IBM公司于 1977年研究成功并公開發(fā)表的。隨著我國三金工程尤其是金卡工程的啟動，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡(IC卡)中被廣泛應用，以此來實現(xiàn)關鍵數(shù)據(jù)的保密。如信用卡持卡人的PIN的加密傳輸、IC卡與POS間的雙向認證、金融交易中的密碼鍵盤等，均用到DES算法。由于密碼鍵盤不可能使用高級語言，所以用匯編語言實現(xiàn)DES就非常實用。

1 DES算法的簡單原理

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L0、R0兩部分，每部分各長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16次迭代運算后，得到L16、R16，將此作為輸入，進行逆置換。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)絡的兩端，雙方約定了一致的密鑰。在通信的源點用密鑰對核心數(shù)據(jù)進行加密并形成密文，然后，以密文的形式在公共通信網(wǎng)中傳輸?shù)酵ㄐ啪W(wǎng)絡的終點。數(shù)據(jù)到達終點后，用同樣的密鑰對密文數(shù)據(jù)進行解密，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?/P>

2 匯編語言的實現(xiàn)

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

8031有16個可以位尋址的寄存器，可放置128位的數(shù)據(jù)，利用它可實現(xiàn)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可實現(xiàn)置換與逆置換程序。在DES的16次迭代過程中，要實現(xiàn)公式：

Li=Ri-1；Ri=Li-1f(Ri-1，ki)

的運算過程,其關鍵在于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:

① 將32位膨脹為48位的E功能。該項功能可用類似于置換功能的子程序編寫。

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。具體實現(xiàn)是將S盒表存入89C52的Flash中，每次通過查表求得S輸出的結果。