Подстановка с помощью S-блоков
После объединения сжатого блока с расширенным блоком с помощью XOR над 48-битовым результатом выполняется операция подстановки. Подстановки производятся в восьми блоках подстановки, или S-блоках (от substitution). У каждого S-блока 6-битовый вход и 4-битовый выход, всего используется восемь различных S-блоков. (Для восьми S-блоков DES потребуется 256 байтов памяти.) 48 битов делятся на восемь 6-битовых подблока. Каждый отдельный подблок обрабатывается отдельным S-блоком: первый подблок - S-блоком 1, второй - S-блоком 2, и так далее. См. Рис. 12-4.
Рис. 12-4. Подстановка - S-блоки.
Каждый S-блок представляет собой таблицу из 2 строк и 16 столбцов. Каждый элемент в блоке является 4-битовым числом. По 6 входным битам S-блока определяется, под какими номерами столбцов и строк искать выходное значение. Все восемь S-блоков показаны в Табл. 12-6.
Табл. 12-6.
S-блоки
S-блок 1:
14, | 4, | 13, | 1, | 2, | 15, | 11, | 8, | 3, | 10, | 6, | 12., | 5, | 9, | 0, | 7, |
0, | 15, | 7, | 4, | 14, | 2, | 13, | 1, | 10, | 6, | 12., | 11, | 9, | 5, | 3, | 8, |
4, | 1, | 14, | 8, | 13, | 6, | 2, | 11, | 15, | 12, | 9, | 7, | 3, | 10, | 5, | 0, |
15, | 12, | 8, | 2, | 4, | 9, | 1, | 7, | 5, | 11, | 3, | 14, | 10, | 0, | 6, | 13, |
S-блок 2:
15, | 1, | 8, | 14, | 6, | 11, | 3, | 4, | 9, | 7, | 2, | 13, | 12, | 0, | 5, | 10, |
3, | 13, | 4, | 7, | 15, | 2, | 8, | 14, | 12, | 0, | 1, | 10, | 6, | 9, | 11, | 5, |
0, | 14, | 7, | 11, | 10, | 4, | 13, | 1, | 5, | 8, | 12, | 6, | 9, | 3, | 2, | 15, |
13, | 8, | 10, | 1, | 3, | 15, | 4, | 2, | 11, | 6, | 7, | 12, | 0, | 5, | 14, | 9, |
S-блок 3:
10, | 0, | 9, | 14, | 6, | 3, | 15, | 5, | 1, | 13, | 12, | 7, | 11, | 4, | 2, | 8, |
13, | 7, | 0, | 9, | 3, | 4, | 6, | 10, | 2, | 8, | 5, | 14, | 12, | 11, | 15, | 1, |
13, | 6, | 4, | 9, | 8, | 15, | 3, | 0, | 11, | 1, | 2, | 12, | 5, | 10, | 14, | 7, |
1, | 10, | 13, | 0, | 6, | 9, | 8, | 7, | 4, | 15, | 14, | 3, | 11, | 5, | 2, | 12, |
S-блок 4:
7, | 13, | 14, | 3, | 0, | 6, | 9, | 10, | 1, | 2, | 8, | 5, | 11, | 12, | 4, | 15, |
13, | 8, | 11, | 5, | 6. | 15, | 0, | 3, | 4, | 7, | 2, | 12, | 1, | 10, | 14, | 9, |
10, | 6, | 9, | 0, | 12, | 11, | 7, | 13, | 15, | 1, | 3, | 14, | 5, | 2, | 8, | 4, |
3, | 15, | 0, | 6, | 10, | 1, | 13, | 8, | 9, | 4, | 5, | 11, | 12, | 7, | 2, | 14, |
S-блок 5:
2, | 12, | 4, | 1, | 7, | 10, | 11, | 6, | 8, | 5, | 3, | 15, | 13, | 0, | 14, | 9, |
14, | 11, | 2, | 12, | 4, | 7, | 13, | 1, | 5, | 0, | 15, | 10, | 3, | 9, | 8, | 6, |
4, | 2, | 1, | 11, | 10, | 13, | 7, | 8, | 15, | 9, | 12, | 5, | 6, | 3, | 0, | 14, |
11, | 8, | 12, | 7, | 1, | 14, | 2, | 13, | 6, | 15, | 0, | 9, | 10, | 4, | 5, | 3, |
S-блок 6:
12, | 1, | 10, | 15, | 9, | 2, | 6, | 8, | 0, | 13, | 3, | 4, | 14, | 7, | 5, | 11, |
10, | 15, | 4, | 2, | 7, | 12, | 9, | 5, | 6, | 1, | 13, | 14, | 0, | 11, | 3, | 8, |
9, | 14, | 15, | 5, | 2, | 8, | 12, | 3, | 7, | 0, | 4, | 10, | 1, | 13, | 11, | 6, |
4, | 3, | 2, | 12, | 9, | 5, | 15, | 10, | 11, | 14, | 1, | 7, | 6, | 0, | 8, | 13, |
S-блок 7:
4, | 11, | 2, | 14, | 15, | 0, | 8, | 13, | 3, | 12, | 9, | 7, | 5, | 10, | 6, | 1, |
13, | 0, | 11, | 7, | 4, | 9, | 1, | 10, | 14, | 3, | 5, | 12, | 2, | 15, | 8, | 6, |
1, | 4, | 11, | 13, | 12, | 3, | 7, | 14, | 10, | 15, | 6, | 8, | 0, | 5, | 9, | 2, |
6, | 11, | 13, | 8, | 1, | 4, | 10, | 7, | 9, | 5, | 0, | 15, | 14, | 2, | 3, | 12, |
S-блок 8:
13, | 2, | 8, | 4, | 6, | 15, | 11, | 1, | 10, | 9, | 3, | 14, | 5, | 0, | 12, | 7, |
1, | 15, | 13, | 8, | 10, | 3, | 7, | 4, | 12, | 5, | 6, | 11, | 0, | 14, | 9, | 2, |
7, | 11, | 4, | 1, | 9, | 12, | 14, | 2, | 0, | 6, | 10, | 13, | 15, | 3, | 5, | 8, |
2, | 1, | 14, | 7, | 4, | 10, | 8, | 13, | 15, | 12, | 9, | 0, | 3, | 5, | 6, |
Входные биты особым образом определяют элемент S-блока. Рассмотрим 6-битовый вход S-блока: b1, b2, b3, b4, b5 и b6. Биты b1 и b6 объединяются, образуя 2-битовое число от 0 до 3, соответствующее строке таблицы. Средние 4 бита, с b2 по b5, объединяются, образуя 4-битовое число от 0 до 15, соответствующее столбцу таблицы.
Например, пусть на вход шестого S-блока (т.е., биты функции XOR с 31 по 36) попадает 110011. Первый и последний бит, объединяясь, образуют 11, что соответствует строке 3 шестого S-блока. Средние 4 бита образуют 1001, что соответствует столбцу 9 того же S-блока. Элемент S-блока 6, находящийся на пересечении строки 3 и столбца 9, - это 14. (Не забывайте, что строки и столбцы нумеруются с 0, а не с 1.) Вместо 110011 подставляется 1110.
Конечно же, намного легче реализовать S-блоки программно в виде массивов с 64 элементами. Для этого потребуется переупорядочить элементы, что не является трудной задачей. (Изменить индексы, не изменяя порядок элементов, недостаточно. S-блоки спроектированы очень тщательно.) Однако такой способ описания S-блоков помогает понять, как они работают. Каждый S-блок можно рассматривать как функцию подстановки 4-битового элемента: b2 по b5являются входом, а некоторое 4-битовое число - результатом. Биты b1 и b6 определяются соседними блоками, они определяют одну из четырех функций подстановки, возможных в данном S-блоке.
Подстановка с помощью S-блоков является ключевым этапом DES. Другие действия алгоритма линейны и легко поддаются анализу. S-блоки нелинейны, и именно они в большей степени, чем все остальное, обеспечивают безопасность DES.
В результате этого этапа подстановки получаются восемь 4-битовых блоков, которые вновь объединяются в единый 32-битовый блок. Этот блок поступает на вход следующего этапа - перестановки с помощью P-блоков.
Дата добавления: 2021-01-26; просмотров: 461;