利用汇编语言实现DES加密算法

摘要：des算法是一种数据加密算法。自从1977年公布以来，一直是国际上的商用保密通信和计算机通信的最常用的加密标准。des算法的实现一般用高级语言。

关键词：加密算法 des 汇编语言

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

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

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：）。

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)

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:

① 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。

② 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。

③ 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

.

.

.

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。