[암호학] 2. DES의 심장, f-함수(f-function)를 C언어로 구현해보았다.

DES Code

unsigned int IP[] = {  ...
unsigned int inv_IP[] = {  ...
unsigned int S[8][4][16] = {  ...
unsigned int E[] = {  ...
unsigned int P[] = {  ...


void f_function(unsigned int *R, unsigned int *Key) {
    unsigned int ER[49];
    for (int i = 1; i < 49; i++){   //Expansion & Key XOR
        ER[i] = R[E[i-1]];
        ER[i] ^= Key[i];
    }
    unsigned int row;
    unsigned int column;
    for (int i = 0; i < 8; i++) //ER을 S박스에 넣어서 나온 값을 R에 넣기
    {
        row = (ER[i * 6 + 1] << 1) | ER[i * 6 + 6];
        column = (ER[i * 6 + 2] << 3) | (ER[i * 6 + 3] << 2) | (ER[i * 6 + 4] << 1) | ER[i * 6 + 5];
        R[i*4 + 1] = (S[i][row][column] >> 3) & 1; // 8의 자리
        R[i*4 + 2] = (S[i][row][column] >> 2) & 1; // 4의 자리
        R[i*4 + 3] = (S[i][row][column] >> 1) & 1; // 2의 자리
        R[i*4 + 4] = (S[i][row][column] >> 0) & 1; // 1의 자리
    }
    unsigned int Final_R[33];
    for (int i = 0; i < 32; i ++)
        Final_R[i+1] = R[P[i]];
    memcpy(R + 1, Final_R + 1, sizeof(unsigned int) * 32);  //코드 복사
};

DES는 Feistel 네트워크 구조를 가진다. 여기서 가장 중요한 건 32비트 데이터를 48비트 키와 섞어 비선형적으로 변환하는 f-함수이다.

F-function 구조

F-function 구조는 다음의 4단계를 거친다.

1. 확장(Expansion E): 32비트 데이터를 48비트로 확장
2. 혼합(Key XOR): 라운드 키를 섞어 보안성 강화
3. 치환(S-Box): 6비트씩 8개 뭉치를 비선형적으로 4비트씩 변환 (총 32비트로 출력)
4. 전치(Permutation P): 비트 순서를 뒤섞어 확산(Diffusion) 효과 극대화

memcpy(R + 1, Final_R + 1, sizeof(unsigned int) * 32);

포인터 산술을 이용해 전치(Permutation)가 끝난 데이터를 원본 주소에 단숨에 덮었다. for 루프보다 훨씬 효율적인 방식 이라고 할 수 있다.