数据加密标准DES(Data Encryption Standard)算法是由美国IBM公司研制的一种分组密码算法，一种迭代分组密码。
DES是一种使用最为广泛的加密算法，虽然DES出现后又产生了许多常规加密算法，但DES仍是此类算法中最重要的一种。
在正式讨论DES算法之前，为了更好的理解算法的实际工作过程，我们先来看一个简化的DES算法，以此加深对DES算法的理解。
一、简化的DES加密算法简化的DES加密算法是以8bit的明文分组和10bit密钥作为输入，产生8bit 密文分组作为输出。
1、加密流程简化的DES算法基本加密流程如图6.9所示图6.9 简化的DES的加密过程2、加密算法构成：函数、SW置换函简单DES的加密算法包括4个基本函数：初始置换函数IP、fk数、逆置换函数IP-1。
（1）初始置换函数IP初始置换IP是将明文中数据的排列顺序按一定的规则重新排列，而生成新的数据序列的过程。
如图6.10所示：8bit原数据位置 1 2 3 4 5 6 7 8【IP置换】经IP置换后的数据位置 2 6 3 1 4 8 5 7图6.10 简单DES的初始置换例：设8bit数据为11110011 ，则初始置换后的结果为：函数f k函数是多个置换函数和替代函数的组合函数。
f k函数首先将输(2) fk入它的8bit数据进行分组，分成左4位和右4位，然后对右组的4位数据进行E/P扩展置换运算，接着将扩展置换所得的8bit数据与子密钥进行异或运算，再将异或运算所得结果通过S盒输出，再将通过S盒输出的数据进行P4置换，最后将经过P4置换后的数据与输入f函数经分组的左4位数据进行异或运算。
kF（R，SK）函数是f k函数的核心函数，其中SK是子密钥。
F（R，SK）函数的运算方法如下：f k（L,R）=（L⊕F（R，SK），R）L：输入的左边4位分组 R：输入的右边4位分组⊕：逐位异或①扩展/置换是将4bit输入数据经过置换和扩展而产生8bit数据的算法。
如图6.11所示：E/P扩展置换前 1 2 3 4E/P扩展置换E/P扩展置换后 4 1 2 3 2 3 4 1图6.11 简单DES的扩展/置换②经扩展置换所得的8位数据与8位子密钥SK进行逐位异或运算异或运算规则如图6.12所示。
图6.12 异或运算即相同数据异或运算的结果为0，不同数据异或运算的结果为1。
例：A：1 1 1 0 1 0 1 1⊕B：1 0 1 0 0 1 0 0异或运算的结果：0 1 0 0 1 1 1 1③S盒输出简化DES算法使用两个S盒S0和S1。
如图6.13所示。
其运算方法是将输入S 盒的8bit数据从左至右按顺序分成左右两组，每组各4bit，左4bit数据输入S0盒，右4bit输入S1盒，如输入S盒的01001111分成0100和1111两组，对于每一组的第1bit和第4bit作为一个2bit数据并转化成一个十进制数据，这个数据用来指定S盒的一行。
第2bit和第3bit作为一个2bit数据并转化成一个十进制数据，这个数据用来指定S盒的一列。
将对应S盒中该行该列的十进制数据转化成二进制数据，即为S盒的2bit输出数据。
如：输入S0盒的数据为0100，则P1为0，P2为1，P3为0，P4为0，所以P1P4即00转化为0指定S0盒的第一行，P2P3即10转化为2指定S0盒的第三列，所得数据为3，转化为二进制为11，即从S0盒输出的2bit数据为11；输入S1盒的数据为1111，则P5为1，P6为1，P7为1，P8为1，所以P5P8即11转化为3指定S1盒的第四行，P6P7即11转化为3指定S1盒的第四列，所得数据为3，转化为二进制为11，即从S1盒输出的2bit数据为11,。
因此通过S盒输出的数据为1111。
S0盒 S1盒1 0 32 0 1 2 33 2 1 0 2 0 1 30 2 1 3 3 0 1 03 1 3 2 2 1 0 3图6.13 S盒图6.14 S盒运算④P4置换由S0和S1产生的4bit数据经P4置换，产生4bit数据的输出。
P4置换的方法如图6.15所示。
置换前数据位置： 1 2 3 4P4置换置换后数据位置： 2 4 3 1图6.15 P4置换（3）交换函数（SW）交换函数SW是将8bit输入数据的左四位与右四位交换位置之后产生8bit数据的输出。
其运算方法如图6.16所示。
交换前：1011 1101交换后：1101 1011（4）逆置换函数IP-1逆置换函数IP-1是将8bit输入数据置换为8bit数据输出。
其运算方法如图6.17所示。
置换前位置： 1 2 3 4 5 6 7 8IP-1 置换置换后位置： 4 1 3 5 7 2 8 6图6.17 逆置换函数IP-13、子密钥生成简化DES的密钥是使用一个发送方和接收方共享的10bit密钥。
运算中使用的两个8bit子密钥就是通过这个10bit密钥生成。
输入：10bit密钥输出：两个8bit子密钥（K1和K2）（1）子密钥生成流程简化DES的两个8bit子密钥的生成过程如图6.18所示。
（2）算法构成简化DES的子密钥生成算法主要由置换函数P10和置换函数P8这两个置换函数加上【循环左移】构成。
设10bit数据从左到右依次为（k1,k2,k3,k4,k5,k6,k7,k8,k9,k10）则置换方式如图6.19所示。
P10（k1,k2,k3,k4,k5,k6,k7,k8,k9,k10）=（k3,k5,k2,k7,k4,k10,k1,k9,k8,k6,）P8（k1,k2,k3,k4,k5,k6,k7,k8,k9,k10）=（k6,k3,k7,k4,k8,k5,k10,k9）P10置换前数据位置：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10P10置换P10置换后数据位置：3 5 2 7 4 10 1 9 8 6P8置换前数据位置：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10P8置换P8置换后数据位置： 6 3 7 4 8 5 10 9图6.19 P10和P8置换（3）子密钥生成例：设密钥为1010000010 ，则子密钥的生成过程如图6.20所示。
4、加密过程举例设8bit明文为11110011，使用前例中的子密钥进行加密，其过程如图6.21所示。
二、DES加密：在讨论完简单DES加密的基础上，我们来进一步探讨DES的加密过程。
1、加密过程DES的加密过程如图6.22所示，其中的一轮运算要循环16次，每一次循环都执行相同的过程，其具体过程如图6.23所示。
2、加密算法的构成：DES的加密算法和简单DES的加密算法相类似，也是主要包括4个基本函数：一个初始置换函数IP；一个f函数；一个用来交换数据的SW置换函数；一个逆k置换函数IP-1。
（1）IP置换图6.22 DES算法的一般过程图6.23 DES算法的一个循环与简单DES不同，DES的IP置换是将64bit的输入，经过置换产生64bit的输出。
其置换方法如图6.24所示。
图6.24 IP置换（2）扩展置换扩展置换是将32bit的输入通过置换与扩展转化为48bit的输出。
扩展置换的方法如图6.25所示。
图6.25 扩展置换（3）S盒DES算法使用8个S盒,每个S盒将一个48bit输入经过替代选择产生32bit 的输出。
如图6.26所示。
S1S2S3S4S5 ArrayS6S7S8图6.26 DES算法的S盒（4）置换函数P置换函数P将DES算法中8个S盒输出的共32bit数据经过置换产生32bit 的输出，其置换方法如图6.27所示。
图6.27 P置换（5）IP-1逆置换逆置换函数IP-1负责产生最后的64bit密文分组。
运算方法如图6.28所示。
图6.28 IP-1逆置换3、子密钥生成DES子密钥算法如图6.29所示。
其中每次循环的具体运算方法Array如图6.30所示。
算法与简单DES的算法类似，具体置换和循环左移的方法如图6.31-6.33所示。
图6.30 子密钥生成的一次循环图6.29 DES的子密钥生成算法图6.31 置换选择1(PC-1)图6.32 置换选择2(PC-2)循环次数左移比特数112132425262728291102112122132142152161图6.32 左移调度4、DES算法举例设明文M和密钥K的取值分别如下：M=0000 0100 1011 0101 1101 1001 1100 1110 1010 1100 1000 0110 1111 1000 0101 0011 K=0000 0001 0010 00110100 01010110 0111 1000 10011010 101111001101 1110 1111（1）IP置换M经过IP置换得L0＝1100 1100 1100 011 0 0011 1011 1000 0110 R0= 0111 1110 0101 0010 0101 1100 1010 1000 密钥K经过置换选择PC-1得C0D0（56位），其中C0＝1111 0000 1100 1100 1010 1010 0000D0＝1010 1010 1100 1100 1111 0000 0000（2）左移置换左移C0、D0得C1=1110 0001 1001 1001 0101 0100 0001D1=0101 0101 1001 1001 1110 0000 0001对C1D1进行置换选择PC-2得子密钥K1K1=0000 1011 0000 0010 0110 011110011011 0100 1001 1010 0101（3）扩展置换E(R0)=0011 1111 1100 0010 1010 01000010 1111 1001 0101 0101 0000E（R0）⊕ K1=001101 001100 000011 000011101101 001101 110011 110101（4）S盒输出S1：（001101）=1101 S2：（001100）=0011 S3：（000011）=0111 S4：（000011）=1000 S5：（001101）=1101 S6：（001101）=1001 S7：（110011）=0101 S8：（110101）=1001 （5）P置换对S盒输出的结果进行置换P得F（Ri-1 ，Ki）F（R0 ，K）=01111111 10010101 11101000 01000110（6）异或运算L0⊕F（R，K）= 11001100 11000110 00111011 10000110⊕ 01111111 10010101 11101000 01000110=10110011 01010011 11010011 11000000（7）SW置换L1= R0= 0111 1110 0101 0010 0101 1100 1010 1000R1=1011 0011 0101 0011 1101 0011 1100 0000经过以上运算得出第一轮运算的结果，重复以上步骤直至得出L 16和R 16并经SW置换和逆置换得出最后的结果。