Linux ps命令查看Miniconda-Python进程状态
2025/12/31 5:55:36
我们用最直观的比喻来解释DES中的置换，保证初学者也能秒懂！
一句话比喻
置换，就是老师给全班同学“换座位”。
学生= 数据的每一个二进制位（0或1）
座位表= 固定的置换规则（老师手里的名单）
换座位= 把每一位数据按照规则移动到新位置
为什么需要“换座位”？
为了“混淆”和“扩散”。
混淆：打乱原始数据的顺序，让敌人看不出规律。
扩散：让原始数据中一个微小的改变（比如改一个比特），通过多次置换扩散到整个加密结果中，产生“雪崩效应”。
DES中主要的“换座位”类型（三种）
1. 初始置换 / 最终置换
比喻：上课铃响，全班先按“身高表”坐好；下课铃响，再按“学号表”坐回来。
初始置换：
时机：加密一开始。
作用：只是个热身。把输入的64位明文，按照一张固定的“身高座位表”重新排一下。
关键：它不增加任何安全性，只是让数据更符合DES芯片的硬件处理习惯（历史原因）。就像比赛前的热身运动。
最终置换：
时机：加密结束后。
作用：它就是初始置换的“逆操作”。按照“学号座位表”把大家再换回来，恢复成正常的顺序输出。
为什么：为了和初始置换配对，让整个流程规整。
小结：这一对置换就是“仪式性”的进场和退场，不参与真正的加密战斗。
2. 扩展置换
比喻：体育课上，老师让一列15个同学报数，然后规定“单数的同学原地不动，双数的同学向前一步插入队伍”，变成一列23个同学。
时机：在每一轮加密的F函数最开始。
输入：32位数据（右半部分）。
输出：48位数据。
核心操作：
重复某些位：把原来的32位数据，有选择地复制一些位，扩展到48位。
重新排列：复制的同时，也打乱顺序。
目的：
为了“配对联姻”：要把32位数据拿去和48位的子密钥进行混合（异或运算），位数必须相同（48位）。
为了扩散：通过复制和重新排列，让一个输入位能影响后续S盒中的多个计算，增强“雪崩效应”。
3. P盒置换
比喻：玩完“套圈游戏”后（S盒），老师让8个获胜小组，按照一张“领奖台地图”重新排队领奖。
时机：在每一轮加密的F函数的最后一步。
输入：S盒输出的32位数据。
输出：仍然是32位数据，但顺序变了。
核心操作：一个纯粹的重新排列。第1位去哪，第2位去哪...都有一张固定的“领奖台地图”规定好。
目的：
强化扩散：这是扩散的关键一步！S盒的“混淆”效果是局部的（每个S盒只处理6位输入）。P盒把8个S盒的输出结果彻底搅拌在一起，让S盒的局部混淆效果扩散到整个32位数据块中。
准备下一轮：这32位输出接下来要拿去和左半部分进行异或，搅拌得越均匀，下一轮加密的效果越好。
图解：一轮F函数中的置换流程
让我们看数据在一轮中是如何被“折腾”的（以右半部分R为例）：
右半部分R (32位) | V [ 扩展置换 E ] <-- 15人变23人排队 | V 扩展后的数据 (48位) + 子密钥K (48位) <-- 开始配对联姻（异或） | V 混合结果 (48位) | V [ 8个S盒替换 ] <-- 核心加密步骤（非线性替换） | V S盒输出 (32位) | V [ P盒置换 ] <-- 按地图领奖，彻底搅拌 | V F函数的最终输出 (32位) --> 去和左半部分进行异或
技术总结与记忆口诀
| 置换类型 | 发生位置 | 输入位数 | 输出位数 | 核心作用 | 初学者记忆口诀 |
|---|---|---|---|---|---|
| 初始/最终置换 | 加密开始/结束 | 64位 | 64位 | 仪式热身，无安全性 | “进场退场，打个照面” |
| 扩展置换 | 每轮F函数开头 | 32位 | 48位 | 配对联姻，实现扩散 | “扩军备战，好配钥匙” |
| P盒置换 | 每轮F函数结尾 | 32位 | 32位 | 强力搅拌，核心扩散 | “颁奖搅拌，影响全局” |
终极理解：
你可以把DES的置换看作一个流水线工厂：
扩展置换是送料工，把零件（数据）整理好，送到加工台。
S盒是核心加工机床，进行最复杂的变形（非线性变换）。
P盒置换是传送带振动器，把加工完的零件使劲晃匀，让下一个工位能处理得更好。
初始/最终置换是工厂大门，只管进出，不管生产。
这样拆解后，是不是觉得DES的“换座位”游戏一点也不神秘了？它们共同的目的，就是让数据经过16轮后，变得面目全非，无法追踪！
框图详细解说：跟着数据走一遍
让我们跟着一个数据位，看看它在DES加密过程中经历了哪些“置换”（换座位）的折腾：
第一站：进场热身（阶段一）
你的原始数据（64位明文）刚一进门，就被要求做一次“初始置换（IP）”。
作用：就像一个固定的热身操，按照一张古老的“座位表”重新排一下位置。
关键：它不提供安全性，只是一个历史遗留的格式处理步骤。对应的最终置换（IP⁻¹）在全部工作结束后，把它再换回来。
第二站：进入核心车间——单轮F函数（阶段二）
数据被分成左右两半后，右半部分进入当轮的F函数，这里才是置换发挥安全作用的主战场。
第一步：扩展置换（E盒）
场景：你的右半部分数据（32位）来到一个“扩编站”。
操作：这里的规则不是简单换座位，而是“复制并打乱”。比如，让第32位坐到第1位旁边，把第1位复制到第48位的位置等。
目的：
凑人数：把自己从32位“扩编”成48位，这样才能和48位的子密钥进行混合运算。
搞联系：通过巧妙的复制和排列，让原来的一个位能影响到后续S盒中的多个计算，为“扩散”打下基础。
第二步：S盒（替换，不是置换但至关重要）
与子密钥混合后的48位数据，会进入8个S盒。这不是置换，而是DES安全的核心！可以把它想象成“魔法变形机”：每个S盒吃进6位，吐出一个完全不同的4位。这是产生“混乱”的最关键步骤。
第三步：P盒置换（P）
场景：从8个S盒出来的32位数据，来到了“搅拌中心”。
操作：这是一次纯粹的、彻底的重新排列。根据一张固定的地图，把32个位全部打散重排。
目的：
强力扩散：把上一个S盒产生的局部混乱，迅速扩散到整个32位数据块中。如果没有这一步，S盒的效果就是孤立的。
为下一轮准备：经过这样彻底的搅拌，输出的数据再拿去和左半部分结合，就能把混乱效果带入下一轮，像雪球一样越滚越大。
总结与比喻
可以把这三个核心的安全置换/操作想象成一个厨师做一道复杂的调味料（F函数输出）：
扩展置换（E）：准备食材。把主料（右半数据）切好、分份，方便下锅。
与密钥混合 + S盒：大火爆炒。加入独家酱料（密钥）并用高温（S盒的非线性变换）让食材发生质变，这是产生风味（混乱）的关键。
P盒置换（P）：颠勺搅拌。让锅里的每一处味道都均匀混合，确保每一口都能吃到所有调料的味道（扩散）。
而初始/最终置换（IP/IP⁻¹），就像是厨师在开火前把锅摆正，关火后把菜装盘——是必要的流程，但不是烹饪技术的核心。
这个流程在每一轮加密中都会发生，重复16次。每一次的“切菜、爆炒、颠勺”都让原始数据变得更加面目全非，最终得到无法识别的密文。