O Data Encryption Standard (DES) é algoritmo criptográfico simétrico selecionado como FIPS oficial (Federal Information Processing Standard) pelo governo dos EUA em 1976 e que foi utilizado em larga escala internacionalmente. O algoritmo era inicialmente controverso, com um pequeno tamanho de chave e suspeitas de um backdoor da NSA. O DES foi estudado academicamente e motivou os sistemas modernos de entendimento da criptoanálise. O DES é atualmente considerado inseguro para muitas aplicações. Isto se deve principalmente a pequena chave de 56-bit. Em Janeiro de 1999 a distributed.net e a Electronic Frontier Foundation juntas violaram uma chave DES em 22 horas e 15 minutos (veja na cronologia). Também existem alguns resultados analíticos, obtidos teoricamente, que demonstram a fragilidade da cifra, no entanto são improváveis de se montar na prática. Acredita-se que o algoritmo seja seguro na forma de 3DES embora existam ataques teóricos. Recentemente o DES foi substituído pelo AES.
Em alguns documentos, uma distinção é feita entre o DES como um padrão, e o algoritmo, referido como o DEA(o Data Encryption Algorithm).
História do DES As origens do DES remontam ao início da década de 1970. Em 1972, após concluir um estudo sobre as necessidades de segurança de informação do governo norte-americano, o então NBS (National Bureau of Standards), atualmente conhecido como NIST (National Institute of Standards and Technology), na época o órgão de padrões do governo norte-americano) identificou a necessidade de um padrão governamental para criptografia de informações não confidenciais, porém sensíveis. Em conseqüência, em 15 de Maio de 1973, após uma consulta à NSA, o NBS solicitou proposta para um algoritmo de criptografia que atendesse a critérios rigorosos de projeto. Entretanto, nenhuma das propostas recebidas se mostrou viável. Uma segunda solicitação foi aberta em 27 de Agosto de 1974. Desta vez, a IBM submeteu uma proposta candidata que foi considerada aceitável: um algoritmo de criptografia desenvolvido no período de 1973-1974 baseado num algoritmo mais antigo, o algoritmo Lúcifer de Horst Feistel. A equipe da IBM envolvida no projeto do algoritmo incluía Feistel, Walter Tuchman, Don Coppersmith, Alan Konheim, Carl Meyer, Mike Matyas, Roy Adler, Edna Grossman, Bill Notz, Lynn Smith and Bryant Tuckerman.
O envolvimento da NSA Em 17 de Março de 1975 o DES foi publicado no Registro Federal. Foram pedidos comentários públicos e no ano seguinte ocorreram dois seminários para discutir. Houve diversas críticas incluindo por parte dos pioneiros da "Criptografia de chave pública", Martin Hellman e Whitfield Diffie. Eles criticavam o pequeno tamanho da chave e os misteriosos "S-boxes" como uma evidência de interferência da NSA no design do algoritmo. Houve a suspeita de um possível enfraquecimento no algoritmo de forma que a NSA (e somente ela) pudesse ler facilmente as mensagens criptografadas.Schneier. Applied Cryptography, 2nd ed., 280 No entanto, em 1978, o Comitê de Inteligência dos EUA concluiu que o algoritmo poderia funcionar com o pequeno tamanho de chave e que estava provado que o DES estava livre de fragilidades estatísticas e matemáticas. Foi concluído também que a NSA não teve envolvimento no desenvolvimento do algoritmo. A IBM inventou e desenvolveu o algortimo, tomando todas as deciões pertintentes e concordou que o tamanho da chave seria mais do que o suficiente para aplicações comerciais do DES. Outro membro da equipe desenvolvedora, Walter Tuchman afirmou que a NSA nunca esteve envolvida no desenvolvimento do algoritmo.
A suspeitas sobre a fragilidade nas "S-boxes" foram acalmadas em 1990 com a descoberta independente e publicação aberta de Eli Biham e Adi Shamir sobre criptoanálise diferencial, um método genérico de quebra de criptografia. Os "S-boxes" eram muito mais resistentes à ataques do que se eles fossem selecionados aleatoriamente, sugerindo fortemente que a IBM sabia da técnica antes de 1970.Isto foi motivo de uma publicação em 1994 de Don Coppersmith para os "S-boxes".De acordo com Steven Levy, as pesquisas da IBM descobriram ataques de criptoanálise diferencial e pediram para que a NSA mantivesse a técnica secreta.Levy, Crypto, p. 55 Coppersmith explicou a decisão secreta da IBM dizendo que "era porque a criptoanálise diferencial poderia ser uma ferramente muito potente usada contra muitos esquemas, e havia preocupação de que algumas informações em domínio público poderia afetar significativamente a segurança nacional." Levy citou Walter Tuchman : "Eles nos pediram para selar todos os documentos confidencialmente…Nos de fato colocamos um número em cada e lacramos eles em cofres."
A outra crítica — que o tamanho da chave era muito pequeno — foi apoiado pelo fato de que o motivo dado pela NSA para reduzir o tamanho da chave de 64 bits para 56 foi que os outros 8 bits poderiam servir como bits de paridade. Acreditou-se que a decisão da NSA foi motivada pela possibilidade de que eles poderiam atacar por força bruta uma chave de 56 bits vários anos antes do que o resto do mundo.
O algoritmo como padrão Apesar das diversas críticas, DES foi aprovado pelo governo dos EUA como padrão em 1976 e publicado em 15 de janeiro de 1977 como FIPS PUB 46, autorizado a ser utilizado. Foi subseqüentemente reafirmado como padrão em 1983, 1988 (revisado como FIPS-46-1), 1993 (FIPS-46-2), e novamente em 1999 (FIPS-46-3), o último prescrito "Triplo DES". Em 26 de Maio de 2002, DES foi finalmente substituído pelo AES (Advanced Encryption Standard|AES) após uma competição pública. Mesmo assim até 2004 os restos do DES continuaram a ser utilizados em larga escala. Em 19 de Maio de 2005, FIPS 46-3 foi oficialmente substituído, mas a NIST aprovou o "Triplo DES" até o ano 2030 para informações sensíveis do governo.
Um outro ataque teórico, criptoanálise linear, foi publicado em 1994, mas foi um ataque por força bruta em 1998 que demonstrou que o DES poderia ser atacado e exaltou a necessidade de um algoritmo que substituísse o DES.
A introdução do DES é considerada catalisadora para o estudo acadêmico da criptografia, particularmente de métodos de quebra de blocos de cifragem. De acordo com uma retrospectiva da NIST sobre o DES,
O DES pode ser considerado o lançamento inicial de um estudo e desenvolvimento não militar de algoritmos de criptografia. Em 1970 havia muito poucos métodos de criptografia, a não ser os em organizações militares e de inteligência, e muito pouco estudo acadêmico sobre criptografia. Atualmente há muitos acadêmicos estudando criptografia, departamentos matemáticos com programas poderosos em criptografia, e segurança em informações comerciais de companhias e consultores. Uma geração de cripto-analistas perdeu noites de sono analisando (ou seja, tentando "crackear") o algoritmo DES. Nas palavras do especialista em segurança Bruce Schneier (Bruce Schneier, Applied Cryptography, Protocols, Algorithms, and Source Code in C, Second edition, John Wiley and Sons, New York (1996) p. 267). "O DES fez mais pelo campo de criptoanálise do que qualquer outro. Agora há um algoritmo para estudar." Uma quantidade incrível da literatura sobre criptografia nos anos 1970 e 80 discutiam sobre o DES, e o DES é o algoritmo base para qualquer comparação entre algoritmos de chave simétrica. (William E. Burr, "Data Encryption Standard", in NIST's anthology "A Century of Excellence in Measurements, Standards, and Technology: A Chronicle of Selected NBS/NIST Publications, 1901–2000.)HTML PDF
Cronologia Data Ano Evento 15 de Maio 1973 NBS publica o primeiro pedido para um algoritmo de criptografia padrão. 27 de Agosto 1974 NBS publica o segundo pedido para algoritmos de ecriptação. 17 de Março 1975 O DES é publicado no Registro Federal dos EUA. Agosto 1976 Primeiro seminário. Setembro 1976 Segundo seminário, discutindo fundamentos matemáticos do DES. Novembro 1976 DES é definido como padrão 15 de Janeiro 1977 DES é publicado como FIPS padrão FIPS PUB 46. 1983 DES é reafirmado pela primeira vez. 1986 Videocipher II, um sistema de cifragem de um satélite de TV baseado em DES começa a ser utilizado pela HBO. 22 de Janeiro 1988 DES é confirmado pela segunda vez como FIPS 46-1, substituindo o FIPS PUB 46. Julho 1990 Biham e Shamir modificam a criptoanálise diferencial, e aplicam isso a um sistema de criptação. 1992 Biham e Shamir relatam o primeiro ataque teórico com menos complexidade do que força bruta: criptoanálise diferencial. 30 Dezembro 1993 DES é reafirmado pela terceira vez como FIPS 46-2. 1994 A primeira criptoanálise experinental do DES é feita usando criptoanálise linear (Matsui, 1994). Junho 1997 O Projeto DESCHALL intercepta uma mensagem criptografada com DES pela primeira vez em público. Julho 1998 A EFF's DES cracker viola uma chave DES em 56 horas. Janeiro 1999 Juntas, Deep Crack e distributed.net violam uma chave DES em 22 horas e 15 minutos. 25 de Outubro 1999 DES é reafirmado pela quarta vez como FIPS 46-3, com especificações do uso preferencial do Triplo DES, com o DES simples permitido apenas em sistemas legais. 26 Novembro 2001 A AES(Criptografia padrão avançada) é publicada. 26 de Maio 2002 A AES padrão se torna efetiva. 26 de Julho 2004 A retirada do FIPS 46-3 é proposta no Registro Federal. 19 de Maio 2005 NIST retira o FIPS 46-3 15 de Março 2007 A máquina paralela de FPGA da Universidade de Bochum e Kiel, Alemanha, viola o DES em aproximadamente seis dias e meio por um custo de $10,000 em hardware.
Algoritmos alternativos Preocupações sobre a segurança e a operação relativamente lenta do DES motivou pesquisadores a propor uma variedade de alternativas para a cifragem em bloco, que começaram a aparecer no final dos anos 1980 e início dos anos 1990. Alguns exemplos podem ser citados, como: RC5, Blowfish, NewDES, SAFER, CAST5 and FEAL. A maioria deles mantêm o tamanho de bloco de 64 bits do DES, e portanto funcionam como substituição ao DES se necessário, embora usem tipicamente uma chave de 64 ou 128 bits. Na URSS o algoritmo GOST 28147-89 foi introduzido, com um bloco de 64 bits e chave de 256 bits, que mais tarde foi utilizada na Rússia.
Até mesmo o próprio DES pode ser adaptado para ser usado de modo mais seguro. Muitos ex-usuários de DES agora utilizam o 3DES (também conhecido como TDES) que foi descrito e analisado por um dos patenteadores do DES; este algoritmo envolve aplicar o DES três vezes com duas (2TDES) ou três (3TDES) chaves diferentes. TDES é considerada adequadamente segura, embora seja bastante lenta. Uma alternativa menos custosa computacionalmente falando é a DES-X, que aumenta o tamanho da chave fazendo um XOR antes e depois do DES. GDES é uma variante do DES proposta de forma a aumentar a velocidade da criptografia, mas mostrou-se suscetível à criptoanálise diferencial.
Em 2001, após uma competição internacional, NIST selecionou um novo algoritmo, o AES (Advanced Encryption Standard), como substituto ao DES. O algoritmo que foi selecionado como o AES foi enviado por seus criadores sob o nome Rijndael. Outros finalistas na competição do NIST incluem RC6, Serpent, MARS e Twofish.
Descrição right|250px|thumb|Figura 1 — A estrutura geral do Feistel no DES DES é uma rede de Feistel com chave de 56 bits e mensagens de 64 bits, usando 16 rodadas e oito S-boxes. Antes de aplicar a entrada na rede de Feistel, o DES realiza uma permutação inicial na entrada pela tabela IP. Esta permutação é revertida na saída da rede pela tabela FP. A figura ao lado ilustra o funcionamento do DES.
Descrevemos a função interna do DES. Como em uma rede de Feistel metade dos bits da mensagem é usado de cada vez como entrada para a função interna, a entrada é de 32 bits.