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PARTⅡ-04

PARTⅡ-04. 對稱式金鑰系統 DES. 對稱式密碼系統. 基礎 起源於 Shannon 的乘法保密系統 1970 年代 Horst Feistel 提出的 Feistel 加密架構 以 n 組金鑰， K1, K2, …, Kn ，依序進行 n 回合的加密，第一回合用 K1 ，第二回合用 K2,… 解密時依照相反的順序使用金鑰，第一回合使用 Kn ，第二回合使用 Kn-1 ， …. 區塊加 / 解密模式. ECB: Electronic Codebook Mode 每 一個區塊獨立加解密

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  1. PARTⅡ-04

    對稱式金鑰系統DES
  2. 對稱式密碼系統 基礎 起源於 Shannon 的乘法保密系統 1970 年代 Horst Feistel 提出的 Feistel 加密架構 以 n 組金鑰，K1, K2, …,Kn，依序進行 n 回合的加密，第一回合用K1，第二回合用K2,… 解密時依照相反的順序使用金鑰，第一回合使用Kn，第二回合使用 Kn-1，…
  3. 區塊加/解密模式 ECB: Electronic Codebook Mode 每一個區塊獨立加解密 CBC: Cipher Block Chaining Mode 前一個區塊加密的結果與下一個區塊XOR CFB: Cipher Feedback Mode Stream Cipher，密文回饋 OFB: Output Feedback Mode Stream Cipher，輸出回饋
  4. XOR 真值表 兩者不一樣=>1 兩者一樣=> 0 特性：任何值 XOR1 = 其相反值 連續做兩次 XOR 1 即還原
  5. ECB模式
  6. ECB 模式 Block Cipher 區塊加密：明文 M 切割成 n 個區塊 m1m2m3…mn 每一個區塊 mi都固定長度 64 位元，1in Padding 補餘：如果明文長度不是 64 位元的整數倍，則以空白補足最後一個區塊的長度 每一個區塊獨立加密 可能發生重複的內容 mi = mj，i≠j，產生相同的密文 ci= cj，增加破解密文的機率
  7. CBC模式
  8. CBC 模式 IV：initial vector 啟始向量 隨機值，加密者與解密者共同擁有的秘密 前一個區塊加密的結果與下一個區塊 XOR 內容相同的明文區塊不會產生內容相同的密文區塊
  9. CFB模式
  10. CFB 模式 Stream Cipher 串流加密：對明文的每一個位元組依序加密 不需要 Padding Padding 為連續的空白，容易產生破綻 64 位元移位暫存器（Shift Register） 暫存器的初始值 = Initial Vector 每次取出 s 位元加密（s = 8），加密後暫存器左移 s 位元，並與前一次的 s 位元密文 OR --- 密文回饋模式
  11. OFB模式
  12. OFB 模式 密文回饋造成，密文遭到竄改之後，解密產生一連串的錯誤 Propagation Error 繁殖性錯誤 OFB 暫存器只回饋前一回合使用的 s 位元 值，不回饋密文
  13. DES: Data Encryption Stardard 1970 年代，Horst Feistel為 IBM 研發 Lucifer 系統 獲得美國國家標準局採用 DES 加解密過程各 16 回合 主金鑰 56 位元，產生 16 組 48 位元的子金鑰（回合金鑰） 金鑰太短，今多以 3DES 替代
  14. DES 設計特質 擴散（Diffusion） 儘可能讓明文結構分佈到較長的密文上，使破密者不能利用統計分析法得償所願 明文中的一個位元變動，將牽一髮而動全身 混淆（Confusion） 使明文與密文之間的關係更加錯綜複雜，使得以數學分析為主的破解法無法成功
  15. DES 明文：64 位元區塊 金鑰：56 位元 16 個子金鑰，各48位元 Key Schedule 金鑰安排 Initial Permutation 初始排列
  16. DES IP: initial permutation 初始排列 f函數 IP-1表
  17. f函數 E 表（擴充，32=>48） S-BOX 6=>4 P 表
  18. IP 表
  19. IP-1表
  20. E表 (擴充表)
  21. P 表
  22. S-BOX 6 位元輸入，4 位元輸出 共 8 組，每一個子表 Si 列數 0-3, 行數 0-15 (b5,b4,b3,b2,b1,b0)2 (b5,b0)2為列號 (b4,b3,b2,b1)2 為行號
  23. Key Schedule 金鑰安排 子金鑰 Sub-key，回合金鑰 Round key 主金鑰 Master Key：56 位元，每 7 個位元一組，補上一個奇同位（Odd Parity）位元擴充成 64 位元 經由 KP-1（Key Permutation ）分成兩組各 28 位元 16回合左旋循環位移（Left Circular Shift）：1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1 經 KP-2 產生 48 位元子金鑰
  24. KP-1, Key Permutation
  25. KP-2, Compression Permutation
  26. ASCII 表
  27. 範例：DES 加解密 第 114 頁 明文：WANG2006 金鑰：PERFECT 明文：BROTHER1 金鑰：FRIEND2
  28. Triple-DES 3-DES則是DES較安全的一種變形 將DES的加/解密運算進行三次每一次所用的key可以都不相同 長度為168位元(56×3=168)或192位元(64×3=192)的主金鑰 比DES要慢 DES 二次運算無法抵擋 Meet-in-the-Middle攻擊
  29. Triple-DES 的種類 EEE3：用三套金鑰，加密-加密-加密 EDE3：用三套金鑰，加密-解密-加密 EEE2：用兩套金鑰，加密-加密-加密，任選兩次用相同的金鑰加密 EDE2：用兩套金鑰，加密-解密-加密，兩加密的金鑰相同，解密用另外一套金鑰 常用EDE3和EDE2，不用EEE3和EEE2，考慮與單一DES相容
  30. K1 K2 K3 E E E 明文 密文 D D D K1 K2 K3 (a) K1K2K3（EEE3） DES DES DES 金鑰長度 = 56 * 3 = 168
  31. K1 K2 K3 E D E 明文 密文 D E D K1 K2 K3 (b) K1K2K3（EDE3） DES DES DES 金鑰長度 = 56 * 3 = 168
  32. K1 K2 K3 E D E 明文 DES DES DES 密文 D E D K1 K2 K3 (c) K1=K3K2（EDE2） 金鑰長度 = 56 * 2 = 112
  33. 結語 DES演算法已經可藉由平行計算的方法破解，或者是由差分攻擊法、線性攻擊法破解 因應之道3-DES可取而代之 3-DES結構稍複雜，且容易被類似攻擊DES的方法攻擊 DES/3-DES可用於加密安全性屬於中等的資料，如果對安全需求有更高的訴求，則可能要選擇其他更高階的新一代密碼演算法，例如AES。
  34. 加解密工具 UNIX 系統（Solaris） des 以 DES 加解密 crypt 以 Enigma 加解密 OpenSSL
  35. OpenSSL使用簡介 以 DES ECB 模式加解密openssldes-ecb –e –in plain.txt –out des.out –k thekey1openssldes-ecb–d –in des.out –out des.txt –k thekey1 以 3DES 加解密openssl des-ede3 –e –in plain.txt –out des3.out –k thekey1 加鹽 salt：由系統自動在金鑰中加入額外的成分，讓相同的內容加密後的結果不同 openssldes3 -salt -in test.tar.bz2 -out test.tar.bz2.des3
  36. OpenSSL使用簡介 速度測試 opensel speed des des3
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