如何去实现DES加密算法？

　　目前在金融界及非金融界的保密通信中，越来越多地用到了DES算法。DES（Data Encryption Standard）即数据加密算法，是IBM公司于 1977年研究成功并公开发表的。随着我国三金工程尤其是金卡工程的启动，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）中被广泛应用，以此来实现关键数据的保密。如信用卡持卡人的PIN的加密传输、IC卡与POS间的双向认证、金融交易中的密码键盘等，均用到DES算法。由于密码键盘不可能使用高级语言，所以用汇编语言实现DES就非常实用。
　　1 DES算法的简单原理
　　DES是一种分组密码。假定明文m是由0和1组成的长度为64位的符号串，密钥k也是64位的0、1符号串。
　　设：M=m1m2m3…m64、K=k1k2k3…k64［/td］［/tr］［tr］［td］加密过程可表达如下：
　　DES（m）=IP-1·T16·T15…T2·T1·IP（m）
　　其中：IP（m）是初始置换，IP-1是逆置换，T16~T1是16次迭代。
　　（1）初始置换IP［/td］［/tr］［tr］［td］功能是把输入的明文m按位重新组合，并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位，其置换规则如下：
　　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）逆置换IP-1
　　经过16次迭代运算后，得到L16、R16，将此作为输入，进行逆置换。逆置换满足：IP·IP-1=IP-1·IP=I逆置换正好是初始置换的逆运算。
　　（3）T16~T1的迭代计算
　　DES的迭代算法采用模2加法。
　　在通信网络的两端，双方约定了一致的密钥。在通信的源点用密钥对核心数据进行加密并形成密文，然后，以密文的形式在公共通信网中传输到通信网络的终点。数据到达终点后，用同样的密钥对密文数据进行解密，便再现了明文形式的核心数据。这样，便保证了核心数据（如PIN、MAC等）在公共通信网中传输的安全性和可靠性。
　　2 汇编语言的实现
　　用汇编语言实现DES算法有它的优势也有它的难点。优势是51汇编的位操作可以方便地实现置换功能。但用汇编语言实现算法的迭代运算及循环功能比较烦琐。在用51汇编实现DES的过程中，我编写了几个子程序，组合起来可实现DES算法加密。在这里写出一些思路，有需要的同行可与我联系（E-mail：zhoubin@jlu.edu.cn）。
　　8031有16个可以位寻址的寄存器，可放置128位的数据，利用它可实现DES的转置功能。将明文m放入寄存器27H~20H中，即位地址00H对应m64 ，3FH对应m1。利用标志寄存器C可实现置换与逆置换程序。在DES的16次迭代过程中，要实现公式：
　　Li=Ri-1；Ri=Li-1f（Ri-1，ki）［/td］［/tr］［tr］［td］的运算过程，其关键在于f（Ri-1，ki）的功能。f是将32位的输入转化为32位的输出。其中含3项技术：
　　将32位膨胀为48位的E功能。该项功能可用类似于置换功能的子程序编写。
　　48位子密钥的生成。为了便于51汇编生成子密钥，可以使用主机用串口下传的方式，由主机将16个子密钥传给89C52为核心的单片机，然后存入80H~FFH中。如果密钥是固定的，则可直接将子密钥固化在89C52的Flash中。
　　S盒的功能是将48位的输入再次缩为32位。具体实现是将S盒表存入89C52的Flash中，每次通过查表求得S输出的结果。
　　下面列举其中的几个子程序。
　　（1）IP置换子程序
　　；入口寄存器：（MSB）2726252423222120（LSB），出口寄存器：（MSB）2F2E2D2C2B2A2928（LSB）
　　；功能：将入口寄存器的数据按置换表换位。
　　IP： MOV C，06H ；将m58送到进位标志中
　　MOV 7FH，C ；将进位标志送m1中
　　MOV C，0EH ；将m50送到进位标志中
　　MOV 7EH，C ；将进位标志送m2中
　　；重复，按表编写
　　MOV C，31H ；将m15送到进位标志中
　　MOV 41H，C ；将进位标志送m63中
　　MOV C，39H ；将m7送到进位标志中
　　MOV 40H，C ；将进位标志送m64中
　　RET
　　（2）逆置换子程序
　　;入口寄存器：（MSB）2726252423222120（LSB），出口寄存器：（MSB）2F2E2D2C2B2A2928（LSB）
　　;功能：将入口寄存器的数据按逆置换表换位。
　　IPRVS：MOV C，18H ；将m40送到进位标志中
　　MOV 7FH，C ；将进位标志送m1中
　　MOV C，38H［/td］［/tr］［tr］［td］RET
　　（3）异或子程序
　　；入口寄存器：272625243F3E3D3C，出口寄存器：2B2A2928
　　；功能：将寄存器27262524的内容和寄存器3F3E3D3C的内容异或。结果保存在2B2A2928寄存器中。
　　XORLF： MOV A，3FH ；将高8位异或
　　XRL A，27H
　　MOV 2BH，A ；放入出口处
　　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 ；取出高位数据
　　LCALL S162345 ；调用实现Si（b1b6，b2b3b4b5）
　　；的功能子程序
　　MOV DPTR，#S1TAB；S盒表的首址
　　MOV A，21H ；取出第几个S盒
　　LCALL DPTRADD
　　CLR A
　　MOVC A，@A+DPTR；求出S盒的表地址及S 结果
　　SWAP A
　　MOV 27H，A ；保存高位结果
　　MOV 20H，2EH
　　LCALL S162345
　　；重复
　　RET
　　利用这些子程序，我们成功地开发了以89C52为核心单片机的密钥键盘，可用于金融系统的用户远程密码修改，也可用于其它商用密文的传输。