利用汇编语言实现DES加密算法

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：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: 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，27HMOV 2BH，A；放入出口处 MOV A，3EHXRL A，26HMOV 2AH，AMOV A，3DHXRL A，25HMOV 29H，AMOV A，3CHXRL A，24HMOV 28H，ARET（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 DPTRADDCLR AMOVC A，@A+DPTR；求出 S 盒的表地址及 S 结果 SWAP AMOV 27H，A；保存高位结果 MOV 20H，2EHLCALL 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。