이 문서에서는 56비트 키 길이로 알려진 역사적인 암호화 알고리즘인 데이터 암호화 표준(DES)에 대해 설명합니다. 우리는 운영, 키 변환 및 암호화 프로세스를 탐색하여 오늘날의 맥락에서 데이터 보안에서의 역할과 취약점을 조명합니다.
DES란 무엇입니까?
DES(데이터 암호화 표준)는 데이터 보안에 중요한 역할을 해 온 56비트 키 길이의 블록 암호입니다. . 데이터 암호화 표준(DES)은 매우 강력한 공격에 취약한 것으로 밝혀져 DES의 인기가 소폭 하락세를 보이고 있습니다. DES는 블록 암호이며 데이터를 다음 크기의 블록으로 암호화합니다. 64비트 각각은 64비트의 일반 텍스트가 64비트의 암호문을 생성하는 DES의 입력으로 사용됨을 의미합니다. 암호화에는 동일한 알고리즘과 키가 사용됩니다. 해독 , 약간의 차이가 있습니다. 키 길이는 56비트 .
기본 아이디어는 아래와 같습니다.
DES는 56비트 키를 사용한다고 언급했습니다. 실제로 초기 키는 64비트로 구성됩니다. 그러나 DES 프로세스가 시작되기도 전에 키의 8번째 비트가 모두 버려져 56비트 키가 생성됩니다. 즉, 비트 위치 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56 및 64가 삭제됩니다.
따라서 키의 매 8번째 비트를 버리면 다음이 생성됩니다. 56비트 키 원본에서 64비트 키 .
DES는 두 가지 기본 속성을 기반으로 합니다. 암호화 : 대체(혼란이라고도 함) 및 전치(확산이라고도 함). DES는 16단계로 구성되며 각 단계를 라운드라고 합니다. 각 라운드는 대체 및 전치 단계를 수행합니다. 이제 DES의 광범위한 단계에 대해 논의하겠습니다.
- 첫 번째 단계에서는 64비트 일반 텍스트 블록이 초기 블록으로 전달됩니다. 순열 (IP) 기능.
- 초기 순열은 일반 텍스트에서 수행됩니다.
- 다음으로, 초기 순열(IP)은 순열된 블록의 절반을 생성합니다. LPT(왼쪽 일반 텍스트) 및 RPT(오른쪽 일반 텍스트)를 말합니다.
- 이제 각 LPT와 RPT는 16단계의 암호화 프로세스를 거칩니다.
- 마지막으로 LPT와 RPT를 다시 결합하고 결합된 블록에 대해 최종 순열(FP)을 수행합니다.
- 이 프로세스의 결과로 64비트 암호문이 생성됩니다.
초기 순열(IP)
앞서 언급했듯이 초기 순열(IP)은 한 번만 발생하며 첫 번째 라운드 전에 발생합니다. 그림과 같이 IP의 전치가 어떻게 진행되어야 하는지를 제시합니다. 예를 들어, IP는 원래 일반 텍스트 블록의 첫 번째 비트를 원래 일반 텍스트의 58번째 비트로 바꾸고, 두 번째 비트를 원래 일반 텍스트 블록의 50번째 비트로 바꾸는 식으로 말합니다.
이는 원본 일반 텍스트 블록의 비트 위치를 조정하는 것에 지나지 않습니다. 그림에 표시된 다른 모든 비트 위치에도 동일한 규칙이 적용됩니다.
IP가 완료된 후 언급했듯이 결과 64비트 순열 텍스트 블록은 두 개의 절반 블록으로 나뉩니다. 각 하프 블록은 32비트로 구성되며, 16개 라운드 각각은 그림에 설명된 광범위한 레벨 단계로 구성됩니다.
1단계: 키 변환
초기 64비트 키는 초기 키의 8번째 비트를 모두 삭제하여 56비트 키로 변환된다는 점에 주목했습니다. 따라서 각각에 대해 56비트 키를 사용할 수 있습니다. 이 56비트 키에서 키 변환이라는 프로세스를 사용하여 각 라운드마다 다른 48비트 하위 키가 생성됩니다. 이를 위해 56비트 키는 각각 28비트씩 두 부분으로 나뉩니다. 이 반쪽은 라운드에 따라 하나 또는 두 개의 위치만큼 왼쪽으로 원형으로 이동합니다.
예를 들어: 라운드 번호가 1, 2, 9 또는 16인 경우 다른 라운드의 경우 한 위치에서만 이동이 수행되고 원형 이동은 두 위치에서 수행됩니다. 라운드당 이동된 키 비트 수가 그림에 표시되어 있습니다.
적절한 시프트 후에 56비트 중 48비트가 선택됩니다. 48비트에서 요구 사항에 따라 64비트 또는 56비트를 얻을 수 있으며, 이는 이 모델이 매우 다재다능하고 필요하거나 제공되는 모든 요구 사항을 처리할 수 있다는 것을 인식하는 데 도움이 됩니다. 56비트 중 48비트를 선택하는 경우 테이블은 아래 그림과 같습니다. 예를 들어, 시프트 후에 비트 번호 14는 첫 번째 위치로 이동하고, 비트 번호 17은 두 번째 위치로 이동하는 식입니다. 테이블을 관찰하면 48비트 위치만 포함되어 있음을 알 수 있습니다. 56비트 키를 48비트 키로 줄이기 위해 다른 7개와 마찬가지로 비트 번호 18이 삭제됩니다(표에서는 찾을 수 없음). 키 변환 프로세스에는 원래 56비트 키의 48비트 하위 집합 선택뿐 아니라 순열도 포함되므로 이를 압축 순열이라고 합니다.
이 압축 순열 기술로 인해 각 라운드에서 키 비트의 다른 하위 집합이 사용됩니다. 이로 인해 DES는 크랙이 쉽지 않습니다.
2단계: 확장 순열
초기 순열 이후 LPT(Left Plain Text)와 RPT(Right Plain Text)라는 두 개의 32비트 일반 텍스트 영역이 있다는 것을 기억하십시오. 확장 순열 동안 RPT는 32비트에서 48비트로 확장됩니다. 비트도 순열되므로 확장 순열이라고 합니다. 이는 32비트 RPT가 8개의 블록으로 나누어지고 각 블록이 4비트로 구성되기 때문에 발생합니다. 그런 다음 이전 단계의 각 4비트 블록은 해당 6비트 블록으로 확장됩니다. 즉, 4비트 블록당 2비트가 더 추가됩니다.
이 프로세스로 인해 출력이 생성되는 동안 입력 비트가 확장되고 순열됩니다. 키 변환 프로세스는 56비트 키를 48비트로 압축합니다. 그런 다음 확장 순열 프로세스는 32비트 RPT 에게 48비트 . 이제 48비트 키는 무료 48비트 RPT를 사용하고 결과 출력은 다음 단계에 제공됩니다. S-Box 대체 .
파이썬
# Python3 code for the above approach> # Hexadecimal to binary conversion> def> hex2bin(s):> >mp>=> {>'0'>:>'0000'>,> >'1'>:>'0001'>,> >'2'>:>'0010'>,> >'3'>:>'0011'>,> >'4'>:>'0100'>,> >'5'>:>'0101'>,> >'6'>:>'0110'>,> >'7'>:>'0111'>,> >'8'>:>'1000'>,> >'9'>:>'1001'>,> >'A'>:>'1010'>,> >'B'>:>'1011'>,> >'C'>:>'1100'>,> >'D'>:>'1101'>,> >'E'>:>'1110'>,> >'F'>:>'1111'>}> >bin> => ''> >for> i>in> range>(>len>(s)):> >bin> => bin> +> mp[s[i]]> >return> bin> # Binary to hexadecimal conversion> def> bin2hex(s):> >mp>=> {>'0000'>:>'0'>,> >'0001'>:>'1'>,> >'0010'>:>'2'>,> >'0011'>:>'3'>,> >'0100'>:>'4'>,> >'0101'>:>'5'>,> >'0110'>:>'6'>,> >'0111'>:>'7'>,> >'1000'>:>'8'>,> >'1001'>:>'9'>,> >'1010'>:>'A'>,> >'1011'>:>'B'>,> >'1100'>:>'C'>,> >'1101'>:>'D'>,> >'1110'>:>'E'>,> >'1111'>:>'F'>}> >hex> => ''> >for> i>in> range>(>0>,>len>(s),>4>):> >ch>=> ''> >ch>=> ch>+> s[i]> >ch>=> ch>+> s[i>+> 1>]> >ch>=> ch>+> s[i>+> 2>]> >ch>=> ch>+> s[i>+> 3>]> >hex> => hex> +> mp[ch]> >return> hex> # Binary to decimal conversion> def> bin2dec(binary):> >binary1>=> binary> >decimal, i, n>=> 0>,>0>,>0> >while>(binary !>=> 0>):> >dec>=> binary>%> 10> >decimal>=> decimal>+> dec>*> pow>(>2>, i)> >binary>=> binary>/>/>10> >i>+>=> 1> >return> decimal> # Decimal to binary conversion> def> dec2bin(num):> >res>=> bin>(num).replace(>'0b'>, '')> >if>(>len>(res)>%> 4> !>=> 0>):> >div>=> len>(res)>/> 4> >div>=> int>(div)> >counter>=> (>4> *> (div>+> 1>))>-> len>(res)> >for> i>in> range>(>0>, counter):> >res>=> '0'> +> res> >return> res> # Permute function to rearrange the bits> def> permute(k, arr, n):> >permutation>=> ''> >for> i>in> range>(>0>, n):> >permutation>=> permutation>+> k[arr[i]>-> 1>]> >return> permutation> # shifting the bits towards left by nth shifts> def> shift_left(k, nth_shifts):> >s>=> ''> >for> i>in> range>(nth_shifts):> >for> j>in> range>(>1>,>len>(k)):> >s>=> s>+> k[j]> >s>=> s>+> k[>0>]> >k>=> s> >s>=> ''> >return> k> # calculating xow of two strings of binary number a and b> def> xor(a, b):> >ans>=> ''> >for> i>in> range>(>len>(a)):> >if> a[i]>=>=> b[i]:> >ans>=> ans>+> '0'> >else>:> >ans>=> ans>+> '1'> >return> ans> # Table of Position of 64 bits at initial level: Initial Permutation Table> initial_perm>=> [>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>]> # Expansion D-box Table> exp_d>=> [>32>,>1>,>2>,>3>,>4>,>5>,>4>,>5>,> >6>,>7>,>8>,>9>,>8>,>9>,>10>,>11>,> >12>,>13>,>12>,>13>,>14>,>15>,>16>,>17>,> >16>,>17>,>18>,>19>,>20>,>21>,>20>,>21>,> >22>,>23>,>24>,>25>,>24>,>25>,>26>,>27>,> >28>,>29>,>28>,>29>,>30>,>31>,>32>,>1>]> # Straight Permutation Table> per>=> [>16>,>7>,>20>,>21>,> >29>,>12>,>28>,>17>,> >1>,>15>,>23>,>26>,> >5>,>18>,>31>,>10>,> >2>,>8>,>24>,>14>,> >32>,>27>,>3>,>9>,> >19>,>13>,>30>,>6>,> >22>,>11>,>4>,>25>]> # S-box Table> sbox>=> [[[>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>]],> >[[>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>]],> >[[>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>]],> >[[>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>]],> >[[>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>]],> >[[>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>]],> >[[>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>]],> >[[>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>,>11>]]]> # Final Permutation Table> final_perm>=> [>40>,>8>,>48>,>16>,>56>,>24>,>64>,>32>,> >39>,>7>,>47>,>15>,>55>,>23>,>63>,>31>,> >38>,>6>,>46>,>14>,>54>,>22>,>62>,>30>,> >37>,>5>,>45>,>13>,>53>,>21>,>61>,>29>,> >36>,>4>,>44>,>12>,>52>,>20>,>60>,>28>,> >35>,>3>,>43>,>11>,>51>,>19>,>59>,>27>,> >34>,>2>,>42>,>10>,>50>,>18>,>58>,>26>,> >33>,>1>,>41>,>9>,>49>,>17>,>57>,>25>]> def> encrypt(pt, rkb, rk):> >pt>=> hex2bin(pt)> ># Initial Permutation> >pt>=> permute(pt, initial_perm,>64>)> >print>(>'After initial permutation'>, bin2hex(pt))> ># Splitting> >left>=> pt[>0>:>32>]> >right>=> pt[>32>:>64>]> >for> i>in> range>(>0>,>16>):> ># Expansion D-box: Expanding the 32 bits data into 48 bits> >right_expanded>=> permute(right, exp_d,>48>)> ># XOR RoundKey[i] and right_expanded> >xor_x>=> xor(right_expanded, rkb[i])> ># S-boxex: substituting the value from s-box table by calculating row and column> >sbox_str>=> ''> >for> j>in> range>(>0>,>8>):> >row>=> bin2dec(>int>(xor_x[j>*> 6>]>+> xor_x[j>*> 6> +> 5>]))> >col>=> bin2dec(> >int>(xor_x[j>*> 6> +> 1>]>+> xor_x[j>*> 6> +> 2>]>+> xor_x[j>*> 6> +> 3>]>+> xor_x[j>*> 6> +> 4>]))> >val>=> sbox[j][row][col]> >sbox_str>=> sbox_str>+> dec2bin(val)> ># Straight D-box: After substituting rearranging the bits> >sbox_str>=> permute(sbox_str, per,>32>)> ># XOR left and sbox_str> >result>=> xor(left, sbox_str)> >left>=> result> ># Swapper> >if>(i !>=> 15>):> >left, right>=> right, left> >print>(>'Round '>, i>+> 1>,>' '>, bin2hex(left),> >' '>, bin2hex(right),>' '>, rk[i])> ># Combination> >combine>=> left>+> right> ># Final permutation: final rearranging of bits to get cipher text> >cipher_text>=> permute(combine, final_perm,>64>)> >return> cipher_text> pt>=> '123456ABCD132536'> key>=> 'AABB09182736CCDD'> # Key generation> # --hex to binary> key>=> hex2bin(key)> # --parity bit drop table> keyp>=> [>57>,>49>,>41>,>33>,>25>,>17>,>9>,> >1>,>58>,>50>,>42>,>34>,>26>,>18>,> >10>,>2>,>59>,>51>,>43>,>35>,>27>,> >19>,>11>,>3>,>60>,>52>,>44>,>36>,> >63>,>55>,>47>,>39>,>31>,>23>,>15>,> >7>,>62>,>54>,>46>,>38>,>30>,>22>,> >14>,>6>,>61>,>53>,>45>,>37>,>29>,> >21>,>13>,>5>,>28>,>20>,>12>,>4>]> # getting 56 bit key from 64 bit using the parity bits> key>=> permute(key, keyp,>56>)> # Number of bit shifts> shift_table>=> [>1>,>1>,>2>,>2>,> >2>,>2>,>2>,>2>,> >1>,>2>,>2>,>2>,> >2>,>2>,>2>,>1>]> # Key- Compression Table : Compression of key from 56 bits to 48 bits> key_comp>=> [>14>,>17>,>11>,>24>,>1>,>5>,> >3>,>28>,>15>,>6>,>21>,>10>,> >23>,>19>,>12>,>4>,>26>,>8>,> >16>,>7>,>27>,>20>,>13>,>2>,> >41>,>52>,>31>,>37>,>47>,>55>,> >30>,>40>,>51>,>45>,>33>,>48>,> >44>,>49>,>39>,>56>,>34>,>53>,> >46>,>42>,>50>,>36>,>29>,>32>]> # Splitting> left>=> key[>0>:>28>]># rkb for RoundKeys in binary> right>=> key[>28>:>56>]># rk for RoundKeys in hexadecimal> rkb>=> []> rk>=> []> for> i>in> range>(>0>,>16>):> ># Shifting the bits by nth shifts by checking from shift table> >left>=> shift_left(left, shift_table[i])> >right>=> shift_left(right, shift_table[i])> ># Combination of left and right string> >combine_str>=> left>+> right> ># Compression of key from 56 to 48 bits> >round_key>=> permute(combine_str, key_comp,>48>)> >rkb.append(round_key)> >rk.append(bin2hex(round_key))> print>(>'Encryption'>)> cipher_text>=> bin2hex(encrypt(pt, rkb, rk))> print>(>'Cipher Text : '>, cipher_text)> print>(>'Decryption'>)> rkb_rev>=> rkb[::>->1>]> rk_rev>=> rk[::>->1>]> text>=> bin2hex(encrypt(cipher_text, rkb_rev, rk_rev))> print>(>'Plain Text : '>, text)> # This code is contributed by Aditya Jain> |
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// Define DES key and plaintext> const key =>'0123456789abcdef'>;> const plaintext =>'Hello, world!'>;> // Perform DES encryption> const des =>new> DES(key);> const ciphertext = des.encrypt(plaintext);> // Perform DES decryption> const decrypted = des.decrypt(ciphertext);> // Print results> console.log(>'Plaintext: '>, plaintext);> console.log(>'Ciphertext: '>, ciphertext);> console.log(>'Decrypted: '>, decrypted);> // Define DES class> class DES {> >constructor(key) {> >// Initialize DES with key> >this>.key = CryptoJS.enc.Hex.parse(key);> >}> >encrypt(plaintext) {> >// Perform DES encryption on plaintext> >const encrypted = CryptoJS.DES.encrypt(> >plaintext,> >this>.key,> >{ mode: CryptoJS.mode.ECB }> >);> >// Return ciphertext as hex string> >return> encrypted.ciphertext.toString();> >}> >decrypt(ciphertext) {> >// Parse ciphertext from hex string> >const ciphertextHex = CryptoJS.enc.Hex.parse(ciphertext);> >// Perform DES decryption on ciphertext> >const decrypted = CryptoJS.DES.decrypt(> >{ ciphertext: ciphertextHex },> >this>.key,> >{ mode: CryptoJS.mode.ECB }> >);> >// Return decrypted plaintext as UTF-8 string> >return> decrypted.toString(CryptoJS.enc.Utf8);> >}> }> |
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>산출
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산출:
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결론
결론적으로 데이터 암호화 표준(DES)은 블록 암호 데이터 보안에서 중요한 역할을 해 온 56비트 키 길이를 사용합니다. 그러나 취약점으로 인해 인기가 떨어졌습니다. DES는 키 변환, 확장 순열 및 대체를 포함하는 일련의 라운드를 통해 작동하여 궁극적으로 일반 텍스트에서 암호문을 생성합니다. DES는 역사적으로 중요한 의미가 있지만 보다 안전한 방법을 고려하는 것도 중요합니다. 암호화 현대적인 데이터 보호 요구에 대한 대안.
자주 묻는 질문
Q.1 : 데이터 암호화를 위한 DES의 대안으로 무엇을 고려해야 합니까?
답변:
최신 데이터 암호화 요구 사항의 경우 다음과 같은 더 강력한 암호화 알고리즘을 사용하는 것이 좋습니다. AES (고급 암호화 표준).
Q.2 : DES의 각 라운드에 대해 48비트 하위 키는 어떻게 생성됩니까?
답변:
DES의 각 라운드에 대한 48비트 하위 키는 순환 이동 및 순열 프로세스를 통해 56비트 키에서 파생되어 키 다양성을 보장합니다.