CN105024805B - 一种改进的cbc模式3des加密方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的CBC(Chain Block Coding，密码分组链接)模式3DES加密方法，属于信息安全技术领域。本发明将链式结构应用于3DES算法内部，形成内部链式结构，即把3DES算法中每轮DES变换后的输出数据都反馈给输入端，作为下一个输入数据的初始化向量；同时对3DES算法进行流水线改进，提高各DES子模块的复用率，进而有效提高算法处理效率。本发明方法尤其适合安全系数要求比较高，速度要求比较快的场合。

Description

一种改进的CBC模式3DES加密方法

技术领域

本发明涉及一种加密方法，尤其涉及一种改进的CBC(Chain Block Coding，密码分组链接)模式3DES加密方法，属于信息安全技术领域。

背景技术

DES(Data Encrypt Standard)加密算法在1976年之后被广泛运用，很多新技术都运用了DES加密技术。但是，随着科学科技水平不断提高，计算机的运算能力也大大增强，DES加密算法的缺点也暴露出来，即密钥长度太短，很容易被暴力破解，所以已被证实为不安全的算法。

3DES(Triple DES)加密算法继承了DES算法特征，它通过对数据块进行三次DES运算，密钥从64位增加到192位，极大地增强了数据的保护能力。但采用3DES加密标准，虽然提高了数据的安全性，但运算速度降低了。

由于3DES加密算法是一个48轮的Feistel型结构，其简单的运算过程易于在硬件上完成，在速度上硬件实现又比软件占优势，所以3DES的算法的硬件实现是提高3DES算法速度的首选。

随着下一代网络协议IPV6的发展，市场上已形成IPV4网络协议向IPV6网络协议过渡的格局。IPV6网络协议要求处理更多数据的同时又要提高数据的安全性，所以在新一代IPSEC协议下，要求3DES加密方式采用CBC模式。图1显示了现有CBC模式3DES加密方法的加密过程：第一个明文首先与初始化向量IV异或，接着用秘钥1进行第一次DES变换，然后用秘钥2进行第二次DES逆变换，最后用秘钥3进行第三次DES变换后得到第一个密文；以后每个明文处理的第一步改为与前一个密文异或，其余步骤进行同样的处理直至最后一个明文加密完成。图2显示了现有CBC模式3DES加密方法的解密过程：第一个密文首先用秘钥1进行第一次DES逆变换，接着用秘钥2进行第二次DES变换，然后用秘钥3进行第三次DES逆变换，最后与初始化向量IV异或后得到第一个明文；以后每个密文处理的最后一步改为与前一个明文异或，其余步骤进行相同的处理直至最后一个密文解密完成。这种加密方法的安全性虽然提高了，但加/解密下一个数据需要等待上一个数据处理完成，每一个加/解密输出数据都需要等待3个DES变换周期，这极大地降低了3DES加密速度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有CBC模式3DES加密技术的不足，提供一种改进的CBC模式3DES加密方法，可大幅提高加密速度以及数据的安全性。

本发明具体采用以下技术方案：

一种改进的CBC模式3DES加密方法，包括数据的加密和解密，

所述数据的加密，具体如下：

步骤1、将第一个明文P₁与初始化向量IV异或后进行DES变换，得到数据C₁₁；

步骤2、将数据C₁₁与初始化向量IV异或后进行DES逆变换，得到数据C₁₂；与此同时，将第二个明文P₂与C₁₁异或后进行DES变换，得到数据C₂₁；

步骤3、将C₁₂与初始化向量IV异或后进行DES变换，得到数据C₁₃，并将数据C₁₃作为明文P₁的最终密文；与此同时，将C₂₁与C₁₂异或后进行DES逆变换，得到数据C₂₂；与此同时，将第三个明文P₃与C₂₁异或后进行DES变换，得到数据C₃₁；

步骤4、将C₂₂与C₁₃异或后进行DES变换，得到数据C₂₃，并将数据C₂₃作为明文P₂的最终密文；与此同时，将C₃₁与C₂₂异或后进行DES逆变换，得到数据C₃₂；与此同时，将第四个明文P₄与C₃₁异或后进行DES变换，得到数据C₄₁；

步骤5、依此类推，直到得到最后一个明文的最终密文；

所述数据的解密，具体如下：

步骤1、将第一个密文C₁′进行DES逆变换后再与初始化向量IV异或，得到数据C₁₂′；

步骤2、将C₁₂′进行DES变换后再与初始化向量IV异或，得到数据C₁₁′；与此同时，将第二个密文C₂′进行DES逆变换后再与C₁₃′异或，得到数据C₂₂′；

步骤3、将C₁₁′进行DES逆变换后再与初始化向量IV异或，得到数据P₁′，并将P₁′作为密文C₁′的最终明文；与此同时，将C₂₂′进行第二次DES变换后再与C₁₂′异或，得到数据C₂₁′；与此同时，将第三个密文C₃′进行DES逆变换后再与C₂₃′异或，得到数据C₃₂′；

步骤4、将C₂₁′进行DES逆变换后再与C₁₁′异或，得到数据P₂′，并将P₂′作为密文C₂′的最终明文；与此同时，将C₃₂′进行DES变换后再与C₂₂′异或，得到数据C₃₁′；与此同时，将第四个密文C₄′进行DES逆变换后再与C₃₃′异或，得到数据C₄₁′；

步骤5、依此类推，直到得到最后一个密文的最终明文。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明所采用的内部链式结构使得每一次的DES变换都与上一次DES变换后的数据相关，提高了数据的安全性；

本发明所采用的流水线结构只需要让第一个加/解密输出数据等待3个DES运算周期，之后的每个DES运算周期都会有一个加/解密数据输出，大大加快了数据处理速度。

附图说明

图1为现有CBC模式3DES加密方法的加密过程原理示意图；

图2为现有CBC模式3DES加密方法的解密过程原理示意图；

图3为本发明方法的加密过程原理示意图；

图4为本发明方法的加密过程原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明的思路是将链式结构应用于3DES算法内部，形成内部链式结构，即把3DES算法中每轮DES变换后的输出数据都反馈给输入端，作为下一个输入数据的初始化向量；同时对3DES算法进行流水线改进，提高各DES子模块的复用率，进而有效提高算法处理效率。

图3、图4分别显示了本发明加密方法的加密、解密过程，其均采用硬件实现方式。如图3所示，本发明的加密过程具体如下：

1) 在第一个DES变换周期内，将第一个明文P₁与初始化向量IV异或并由寄存器（DFF）1寄存后用秘钥1进行第一次DES变换，得到第一次DES变换数据C₁₁。

2) 在第二个DES变换周期内，将C₁₁再次与初始化向量IV异或并由寄存器2寄存后用秘钥2进行第二次DES逆变换，得到第二次DES逆变换数据C₁₂；与此同时，复用第一个DES变换模块，第二个明文P₂与反馈回来的数据C₁₁异或并由寄存器1寄存后用秘钥1进行第一次DES变换，得到第一次DES变换的数据C₂₁。

3) 在第三个DES变换周期内，将C₁₂再次与初始化向量IV异或并由寄存器3寄存后用秘钥3进行第三次DES变换，得到第三次DES变换数据C₁₃；与此同时，复用第二个DES变换模块，C₂₁与反馈回来的数据C₁₂异或并由寄存器2寄存后用秘钥2进行第二次DES逆变换，得到第二次DES逆变换的数据C₂₂；与此同时，复用第一个DES变换模块，第三个明文P₃与反馈回来的数据C₂₁异或并由寄存器1寄存后用秘钥1进行第一次DES变换，得到第一次变换的数据C₃₁。

4) 在第四个DES变换周期内，由寄存器4寄存C₁₃，该数据也是明文P₁的最终密文C₁，明文P₁加密结束；与此同时，将C₂₂与反馈回来的数据C₁₃异或并由寄存器3寄存后用秘钥3进行第三次DES变换，得到第三次DES变换数据C₂₃；与此同时，复用第二个DES变换模块，C₃₁与反馈回来的数据C₂₂异或并由寄存器2寄存后用秘钥2进行第二次DES逆变换，得到第二次DES逆变换的数据C₃₂；与此同时，复用第一个DES变换模块，第四个明文P₄与反馈回来的数据C₃₁异或并由寄存器1寄存后用秘钥1进行第一次DES变换，得到第一次变换的数据C₄₁。

5) 在以后的DES变换周期内依次类推，直到最后一个明文加密完成。

本发明的解密过程如图4所示，具体如下：

1) 在第一个DES变换周期内，将第一个密文C₁′由寄存器1寄存后用秘钥1进行第一次DES逆变换并与初始化向量IV异或，得到第一次DES逆变换数据C₁₂′。

2) 在第二个DES变换周期内，将C₁₂′由寄存器2寄存后用秘钥2进行第二次DES变换并再次与初始化向量IV异或，得到第二次DES变换数据C₁₁′；与此同时，复用第一个DES变换模块，第二个密文C₂′由寄存器1寄存后用秘钥1进行第一次DES逆变换并与C₁₃′异或，得到第一次DES逆变换的数据C₂₂′。

3) 在第三个DES变换周期内，将C₁₁′由寄存器3寄存后用秘钥3进行第三次DES逆变换并再次与初始化向量IV异或，得到第三次DES逆变换数据P₁′；与此同时，复用第二个DES变换模块，C₂₂′由寄存器2寄存后用秘钥2进行第二次DES变换并与C₁₂′异或，得到第二次DES变换的数据C₂₁′；与此同时，复用第一个DES变换模块，第三个密文C₃′由寄存器1寄存后用秘钥1进行第一次DES逆变换并与C₂₃′异或，得到第一次逆变换的数据C₃₂′。

4) 在第四个DES变换周期内，由寄存器4寄存P₁′，该数据就是密文C₁′最终的明文，密文C₁′解密结束；与此同时，将C₂₁′由寄存器3寄存后用秘钥3进行第三次DES逆变换并与C₁₁′异或，得到第三次DES逆变换数据P₂′；与此同时，复用第二个DES变换模块，C₃₂′由寄存器2寄存后用秘钥2进行第二次DES变换并与C₂₂′异或，得到第二次DES变换的数据C₃₁′；与此同时，复用第一个DES变换模块，第四个密文C₄′由寄存器1寄存后用秘钥1进行第一次DES逆变换并与C₃₃′异或，得到第一次逆变换的数据C₄₁′。

5) 在以后的DES变换周期内依次类推，直到最后一个密文解密完成。

Claims (1)

1.一种改进的密码分组链接CBC模式3DES加密方法，包括数据的加密和解密，其特征在于，

所述数据的加密，具体如下：

步骤1、将第一个明文P₁与初始化向量IV异或后进行DES变换，得到数据C₁₁；

步骤2、将数据C₁₁与初始化向量IV异或后进行DES逆变换，得到数据C₁₂；与此同时，将第二个明文P₂与C₁₁异或后进行DES变换，得到数据C₂₁；

步骤3、将C₁₂与初始化向量IV异或后进行DES变换，得到数据C₁₃，并将数据C₁₃作为明文P₁的最终密文；与此同时，将C₂₁与C₁₂异或后进行DES逆变换，得到数据C₂₂；与此同时，将第三个明文P₃与C₂₁异或后进行DES变换，得到数据C₃₁；

步骤4、将C₂₂与C₁₃异或后进行DES变换，得到数据C₂₃，并将数据C₂₃作为明文P₂的最终密文；与此同时，将C₃₁与C₂₂异或后进行DES逆变换，得到数据C₃₂；与此同时，将第四个明文P₄与C₃₁异或后进行DES变换，得到数据C₄₁；

步骤5、依此类推，直到得到最后一个明文的最终密文；

所述数据的解密，具体如下：

步骤1、将第一个密文C₁′进行DES逆变换后再与初始化向量IV异或，得到数据C₁₂′；

步骤2、将C₁₂′进行DES变换后再与初始化向量IV异或，得到数据C₁₁′；与此同时，将第二个密文C₂′进行DES逆变换后再与C₁₃′异或，得到数据C₂₂′；

步骤3、将C₁₁′进行DES逆变换后再与初始化向量IV异或，得到数据P₁′，并将P₁′作为密文C₁′的最终明文；与此同时，将C₂₂′进行第二次DES变换后再与C₁₂′异或，得到数据C₂₁′；与此同时，将第三个密文C₃′进行DES逆变换后再与C₂₃′异或，得到数据C₃₂′；

步骤4、将C₂₁′进行DES逆变换后再与C₁₁′异或，得到数据P₂′，并将P₂′作为密文C₂′的最终明文；与此同时，将C₃₂′进行DES变换后再与C₂₂′异或，得到数据C₃₁′；与此同时，将第四个密文C₄′进行DES逆变换后再与C₃₃′异或，得到数据C₄₁′；

步骤5、依此类推，直到得到最后一个密文的最终明文。