5 DES

DES wurde 1975 von IBM entwickelt. Aus Lucifer hervorgegangen, ist es das weltweit am weitesten verbreitete Kryprosystem.

DES verschlüsselt einen Klartext-Bitstring x der Länge 64 mit einem Schlüssel der Länge 56. Der erhaltene Chiffretext hat wieder Länge 64 Bit.
Die Berechnung der 16 einzelnen Schlüssel für Punkt (2) ist sehr aufwendig und wird in 5.1 DES-Schlüssel beschrieben.

Der Algorithmus hat drei Stufen:

1. Gegeben ein Klartext x, wird ein Bitstring x₀ konstruiert, indem die Bits von x entsprechend einer festen initialen Permutation IP umgeordnet werden. Wir schreiben x₀ = IP(x) = L₀ R₀ , wobei L₀ die ersten 32 Bits von x₀ enthält und R₀ die letzten.
2. Jetzt werden 16 Wiederholungen einer bestimmten Funktion durchgeführt. Wir berechnen L_iR_i, i = 1,...,16, nach der folgenden Regel:
   • L_i = R_i-1
   • R_i = L_i-1 [+] f(R_i-1 , K_i) ,
   wobei [+] das Exklusiv-Oder zweier Bitstrings darstellt. f wird weiter unten beschrieben, und K₁, K₂ , ... , K₁₆ sind Bitstrings der Länge 48, die als Funktion des Schlüssels K berechnet werden.
3. Wende die inverse Permutation IP^-1 auf den Bitstring R₁₆ L₁₆ an; das liefert den Chiffretext y, also y = IP^-1(R₁₆ L₁₆). (Beachte die umgedrehte Reihenfolge von L₁₆ und R₁₆).

Die Funktion f nimmt als Eingabe als erstes Argument A (Bitstring der Länge 32) und als zweites J (Bitstring der Länge 48), und gibt einen Bitstring der Länge 32 zurück:

1. Das erste Argument A wird zu einem Bitstring der Länge 48 "ausgedehnt" mittels einer festen expansion function E. E(A) besteht aus 32 Bits aus A, auf gewisse Weise permutiert, wobei 16 der Bits zweimal vorkommen.
2. Berechne E(A) [+] J und schreibe das Ergebnis als Konkatenation von acht Strings zu je sechs Bit,
   B = B₁B₂ B₃ B₄ B₅ B₆ B₇ B₈.
3. Jedes B_i wird jetzt in den sogenannten S-Boxen S_j zu C_j permutiert, also C_j = S_j (B_j ), j = 1,...,8.
   Die S-Boxen sind 4x16-Matrizen mit Einträgen von 0 bis 15. Sei B_j = b₁b₂ b₃ b₄ b₅ b₆. Dann entsprechen die beiden Bits b₁b₆ der Binärdarstellung einer Zeile r von S_j (0 <= r <= 3), und die vier Bits b₂ b₃ b₄ b₅ legen die Nummer der Spalte c von S_j fest (0 <= c <= 15).
   S_j (B_j) ist dann der so gefundene Eintrag S_j (r,c), geschrieben als Bitstring der Länge 4.
4. Der Bitstring C = C₁C₂ C₃ C₄ C₅ C₆ C₇ C₈ der Länge 32 wird nun gemäß der festen Permutation P umgeordnet. Der erhaltene Bitstring P(C) ist f(A,J).

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Initiale Permutation IP:

58	50	42	31	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	25	7

Finale Permutation IP^-1:

40	8	48	16	56	24	64	32
39	7	47	15	55	23	63	31
38	6	46	14	54	22	62	30
37	5	45	13	53	21	61	29
36	4	44	12	52	20	60	28
35	3	43	11	51	19	59	27
34	2	42	10	50	18	58	26
33	1	41	9	49	17	57	25

Bit-Auswahltafel  E:

32	1	2	3	4	5
4	5	6	7	8	9
8	9	10	11	12	13
12	13	14	15	16	17
16	17	18	19	20	21
20	21	22	23	24	25
24	25	26	27	28	29
28	29	30	31	32	1

Permutation P:

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

5.1 DES-Schlüssel