利用匯編語言實現DES加密算法

DES算法是一種數據加密算法。自從1977年公布以來，一直是國際上的商用保密通信和計算機通信的最常用的加密標準。DES算法的實現一般用高級語言。

關鍵詞：加密算法 DES 匯編語言

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）即數據加密算法，是IBM公司于 1977年研究成功并公開發表的。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，以此來實現關鍵數據的保密。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據進行加密并形成密文，然后，以密文的形式在公共通信網中傳輸到通信網絡的終點。數據到達終點后，用同樣的密鑰對密文數據進行解密，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)在公共通信網中傳輸的安全性和可靠性。

2 匯編語言的實現

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

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

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。

　　③ S盒的功能是將48位的輸入再次縮為32位。具體實現是將S盒表存入89C52的Flash中，每次通過查表求得S輸出的結果。

下面列舉其中的幾個子程序。

（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：將入口寄存器的數據按置換表換位。

IP: MOV C，06H ；將m58送到進位標志中

MOV 7FH，C ；將進位標志送m1中

MOV C，0EH ；將m50送到進位標志中

MOV 7EH，C ；將進位標志送m2中

；重復，按表編寫

.

.

.

MOV C，31H ；將m15送到進位標志中

MOV 41H，C ；將進位標志送m63中

MOV C，39H ；將m7送到進位標志中

MOV 40H，C ；將進位標志送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：將入口寄存器的數據按逆置換表換位。

IPRVS：MOV C，18H ；將m40送到進位標志中

MOV 7FH，C ；將進位標志送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的內容和寄存器3F3E3D3C的內容異或。結果保存在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 ；取出高位數據

LCALL S162345 ；調用實現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S盒

LCALL DPTRADD

CLR A

MOVC A，@A+DPTR；求出S盒的表地址及S 結果

SWAP A

MOV 27H，A ；保存高位結果

MOV 20H，2EH

LCALL S162345

；重復

RET

利用這些子程序，我們成功地開發了以89C52為核心單片機的密鑰鍵盤，可用于金融系統的用戶遠程密碼修改，也可用于其它商用密文的傳輸。