利用汇编语言实现DES加密算法

时间：2007-05-25

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常用的加密标准。DES算法的实现一般用语言。

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、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数据。这样，便保证了数据(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)

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

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。

参考文献

[1]. T15 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/T15_1567994.html.
[2]. 89C52 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/89C52_105388.html.
[3]. m50 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/m50_1708977.html.
[4].卢开澄编著. 计算机密码学. 北京：清华大学出版社，1998

上一篇：RS422/RS485网络的无极性接线设计

下一篇：远程通信节点的系统测试方法