密码学入门——Feistel网络

参考书

图解密码技术，第三版

一、引入

DES的基本结构是由Horst Feistel设计的，因此也被成为Feistel网络（Feistel结构，Feistel密码）。这一结构不仅被应用于DES，在其他密码算法中也有应用。

在Feistel网络中，加密的各个步骤被称为轮（round）。整个加密过程就是若干次轮的循环。

二、Feistel网络计算流程

Feistel网络计算流程如下

由于DES采用分组密码工作模式，每一块的大小为64字节。

上面的两个方框表示Feistel网络中一轮的输入（明文)。输人的数据被等分为左右两半分别进行处理。在图中，左半部分写作“左侧”，右半部分写作“右侧”。

下面的两个方框表示本轮的输出(密文)。输出的左半部分写作“加密后的左侧”，右半部分写作“右侧”。

中间的“子密钥”指的是本轮加密所使用的密钥。在Feistel网络中，每一轮都需要使用一个不同的子密钥。由于子密钥只在一轮中使用，它只是一个局部密钥，因此才称为子密钥。

轮函数的作用是根据“右侧”和子密钥生成对“左侧”加密的比特序列。轮函数的输出与“左侧”进行xor运算。

上述流程存在的问题是，右侧根本没有被加密，因此需要在每两轮处理中将左侧和右侧的数据对调。

下面是一个3轮的Feistel网络

三、Feistel网络的解密

Feistel网络只需要按照相反的顺序使用子密钥即可解密。

四、Feistel网络的性质

1.Feistel网络的轮数可以任意增加，无论进行多少轮的加密计算，都不会出现无法解密的情况。

2.加密时无论使用任何函数作为轮函数，都可以正确解密。

3.加密和解密可以使用完全相同的结构实现。

值得一提的是，AES候选的5个算法中，有3个算法（MARS，RC6和Twofish）都用到了Feistel网络。但AES最终选择的Rijndael却没有使用Feistel网络。Rijndael使用的是SPN结构。