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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(DataEncryptionStandard)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。
1DES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@)。
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。
②48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。
③S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:MOVC,06H;将m58送到进位标志中
MOV7FH,C;将进位标志送m1中
MOVC,0EH;将m50送到进位标志中
MOV7EH,C;将进位标志送m2中
;重复,按表编写MOVC,31H;将m15送到进位标志中
MOV41H,C;将进位标志送m63中
MOVC,39H;将m7送到进位标志中
MOV40H,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:MOVC,18H;将m40送到进位标志中
MOV7FH,C;将进位标志送m1中
MOVC,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:MOVA,3FH;将高8位异或
XRLA,27H
MOV2BH,A;放入出口处
MOVA,3EH
XRLA,26H
MOV2AH,A
MOVA,3DH
XRLA,25H
MOV29H,A
MOVA,3CH
XRLA,24H
MOV28H,A
RET
(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:MOV20h,2FH;取出高位数据
LCALLS162345;调用实现Si(b1b6,b2b3b4b5)
;的功能子程序
MOVDPTR,#S1TAB;S盒表的首址
MOVA,21H;取出第几个S盒
LCALLDPTRADD
CLRA
MOVCA,@A+DPTR;求出S盒的表地址及S结果
SWAPA
MOV27H,A;保存高位结果
MOV20H,2EH
LCALLS162345
;重复
在梵•高绝大多数画中,除了绚丽的色彩之外还有错落有致的线条。梵•高为了表现人物或动物、树林等的动势,虚构了许许多多的线,这些线在现实中往往看不到,但在画面上则能助成动势线。而更多的动势线是巧妙地利用物象本身的线助成的。如在法国圣玛丽亚斯村所作的风景画(图1),墙用直线,烟用曲线,路面用点,叶簇用漩涡状的粗线等等。但这种研究绝非臣服自然,梵•高对特征性的捕捉是主观性、个体性的,我认为在这幅画面中,任何事物都增加了许多动势线,画面的动势立刻增强了,画面中的事物仿佛具有了新的生命,绿色的植物向不同的方向旺盛地伸曲、生长,墙面是笔直的、向上的,许许多多的垂直线条整齐排列与地面松动的点形成对比,更加突出墙壁无比坚固。远处的烟用曲线来表现,这里的曲线具有柔和舒展、灵巧生动、飘逸流动的特点。从梵•高的绝大多数画中我们大都看到了类似于这幅画的特点,可以看的出梵•高的画具有一定的张力,使线条增强了运动感和方向感。在增加动势线的同时,也赋予了这些事物新的生命。在他的这些作品当中,我们更多的是体会到了树木都是郁郁葱葱向上生长的,房子总是错落有致地合理安排在画面当中。连最基本的小石头都被表现得很有动势。如果说铅笔赋予了梵•高以生命,那么梵•高则是赋予了线条以生命。
二、线条在空间的运用
达•芬奇在《论绘画》一书中指出:要认清轮廓的来龙去脉,讲究线条的完美和曲折、清晰与模糊、粗与细[2]。每个画面由许多线条组合而成,于是形成了各种组合关系。由于线条的性质不同,组成了线条的对比,在绘画中强化线条的对比使之更具有表现力,使画面空间无限增大。如图2近处横的小路用水平的线条排列,紧接着用一竖列排列紧密的线条突出路边草丛,画面中线条排列数量的疏松与密集,疏处更疏,密处更密,正所谓“疏可跑马,密不透风”。中景刻画比较仔细也非常丰富,用疏松的线条把篱笆那种材质表现得很生动,同时也把远景和中景相互隔开了。远处的小河和小路,又采用水平和垂直的线条相互更替变换使用,远景则采用小线条表示,使之虚向远方,大大增强了空间感。画中的线起界形的作用,它附属于形体,受限于物象,是一种非主要的造型因素。其线条是形存在的辅助基础,如一些轮廓线或是为再现物体的结构而服务的。西方绘画更注重形体、结构、色彩块面,所以必然不会将线条纯粹出来。而梵•高却不是这样,他认为线是运动的延续,所以在绘画上用线条把画面表现得更加生动,有活力,使整个画面都充满了生命,增强了画面的空间节奏感。我们今天向梵•高所学习的不光是在颜色、笔触上的运用,更多的是他根据自己的主观感受把复杂的事物用不一样的线条表现出来,把画面当成自己心灵的一面镜子,照射出自己的感受。
三、线条在情感上的表达
梵•高的绘画强有力地表现个人主观精神,同样体现在他的素描风景当中。他最先发现断枝残茬,任意截取繁杂的灌木篱和广阔的庄稼地之美。他从星空、果树园等等环境选取主题描绘的自然景色,就像表现人一样深含画家自身的情感。梵•高的艺术,正如他的性格一样,是一种热情的表现,成熟时期的作品,画面上布满着长条状的线条和笔触,把自然界的物体形象画得像翻腾的波涛、闪动的火焰。最后几年的名作《向日葵》用线条的游动来表达自己的心灵情感,可以看作是他整个人格的象征。线条具有表现力,每个成熟的艺术家其线条必然具有鲜明的特色,这与画家本人的性格特点是相吻合的。阿尔地区,灼热的阳光照射大地,使人热汗淋漓、头晕目眩。但对于梵•高来说太得劲了,他就是爱在烈日下折腾,拼命作画。在他那里印象派那种分析色彩的方法不再适用了,他使用的色彩更加主观或“大胆”,他那种小“长条”的笔触,运用得更加得心应手,仿佛不光是描写大自然的笔触而是无数表现心中汹涌热情的音符。于是,田野、房舍、丛林、道路、行人、花花草草,一切事物都在他的画面上翻腾、旋转。金光灿烂的向日葵大如车轮,浓碧的丝柏直矗云霄,这一切仿佛只在天国中才能出现。
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