Question

我正在使用BigIntegers在Java中实现DES加密。

我通过执行BigInteger.leftShift（int n）方法将Java二进制密钥与Java BigIntegers一起移位。 N（Kn）的关键取决于Kn-1的移位结果。我得到的问题是，我在生成每个密钥后打印出结果，并且转移不是预期的输出。密钥分为2 Cn和Dn（分别为左和右）。

我特意尝试这个： “要进行左移，将每个位向左移动一位，除了第一位，循环到块的末尾。”

根据转变，似乎最终会对O进行攻击。不确定如何纠正这个问题。

结果：

c0：11110101010100110011000011110

d0：11110001111001100110101010100

c1：111101010101001100110000111100

d1：111100011110011001101010101000

c2：11110101010100110011000011110000

d2：11110001111001100110101010100000

c3：1111010101010011001100001111000000

d3：1111000111100110011010101010000000

c4：111101010101001100110000111100000000

d4：111100011110011001101010101000000000

c5：11110101010100110011000011110000000000

d5：11110001111001100110101010100000000000

c6：1111010101010011001100001111000000000000

d6：1111000111100110011010101010000000000000

c7：111101010101001100110000111100000000000000

d7：111100011110011001101010101000000000000000

c8：1111010101010011001100001111000000000000000

d8：1111000111100110011010101010000000000000000

c9：111101010101001100110000111100000000000000000

d9：111100011110011001101010101000000000000000000

c10：11110101010100110011000011110000000000000000000

d10：11110001111001100110101010100000000000000000000

c11：1111010101010011001100001111000000000000000000000

d11：1111000111100110011010101010000000000000000000000

c12：111101010101001100110000111100000000000000000000000

d12：111100011110011001101010101000000000000000000000000

c13：11110101010100110011000011110000000000000000000000000

d13：111100011110011001101010101000000000000000000000000000000

c14：1111010101010011001100001111000000000000000000000000000

d14：11110001111001100110101010100000000000000000000000000000000

c15：11110101010100110011000011110000000000000000000000000000

d15：111100011110011001101010101000000000000000000000000000000000

Answer 1

BigInteger实现无限精度整数，因此向左移动将继续向左添加零。你需要一个旋转：

private static BigInteger rotateLeft(BigInteger bi) {
    BigInteger ret = bi.shiftLeft(1);
    if (ret.testBit(32)) {
        ret = ret.clearBit(32).setBit(0);
    }
    return ret;
}

对于32位数字来说，这将是相当低效的，所以你也可以使用原语来旋转DES的28位半。我不熟悉DES算法，所以我假设你需要BigInteger来做其他事情。

private static BigInteger rotateLeftPrimitive(BigInteger bi) {
    int value = bi.intValue();
    return BigInteger.valueOf(((value << 1) & 0xffffffe) | ((value >>> 27) & 1));
}

Answer 2

您似乎需要循环左移。 BigInteger.shiftLeft不是循环的。您必须将shiftLeft，shiftRight，and和or合并，就像使用int和<<一样。

static BigInteger allOnes(int L) {
    return BigInteger.ZERO
        .setBit(L)
        .subtract(BigInteger.ONE);
}

static BigInteger cyclicLeftShift(BigInteger n, int L, int k) {
    return n.shiftLeft(k)
        .or(n.shiftRight(L - k))
        .and(allOnes(L));
}

现在，cyclicLeftShift(n, L, k)向左侧返回n个循环移位k位，其中循环窗口为L。

其工作原理如下：

                               _________L__________
                              /                    \
n :                           [ABCDE][FG...........]
                              \__k__/\_____L-k_____/



n.shiftLeft(k) :       [ABCDE][FG...........][00000]
   .or
n.shiftRight(L - k) :                        [ABCDE]

   =                   [ABCDE][FG...........][ABCDE]

                               _________L__________
   .and                       /                    \
allOnes(L) :                  [111..............111]

   =                          [FG...........][ABCDE]

另见

http://en.wikipedia.org/wiki/Circular_shift

注意：如果你有一个固定的L，你可以通过缓存allOnes(L)来优化这一点，而不是每次都计算它。

Answer 3

解决更大的问题1）DES被破坏，除了使用遗留系统之外不应该用于其他任何事情，2）Sun JCE已经提供了一个实现（如BouncyCastle和其他加密提供者），以及3）实现任何加密算法具有挑战性，您真的希望采用经过良好测试的生产用途。

如果是课堂练习，我会使用byte []而不是BigInteger。你需要手工做更多的事情，但它更接近DES的精神，因为它的设计很容易在硬件中实现。

Answer 4

我认为您使用位串实现DES的想法作为一种教育工具是合理的。我建议您创建一个BitString类，而不是直接使用BigIntegers来表示这些位串，而是实现项目所需的那些位串方法。在BitString类中，您可以使用BigIntegers，但您可能会发现每个数组元素为1位的简单int数组同样简单或容易，或者可能是链表。

在Java中使用大整数进行位移

4 个答案:

另见