DES 和 3DES（三重 DES）在银行和支付系统中作为主流加密标准使用了数十年。虽然已被 AES 大量替代，但它们在遗留支付基础设施中仍然广泛存在。本文解释它们的工作原理以及您仍会遇到它们的场景。
什么是 DES？
DES（数据加密标准）于 1977 年被 NIST 采用。它是一种分组密码，使用 56 位密钥对 64 位（8 字节）数据块进行加密。
基本参数：
- 分组大小：64 位（8 字节）
- 密钥大小：56 位（存储为 64 位，含奇偶校验位）
- 结构：Feistel 网络，16 轮
- 状态：已被破解——56 位密钥对现代硬件来说太小了
为什么 DES 已被破解
56 位密钥意味着 2⁵⁶ ≈ 72 千万亿种可能的密钥。1998 年，EFF 的"Deep Crack"机器花费 22 小时、25 万美元破解了 DES。如今，类似硬件只需几千美元，几小时内即可破解 DES。
新系统绝不使用单 DES。
什么是 3DES（三重 DES）？
3DES 将 DES 应用三次以提高安全性：
加密: C = DES_Encrypt(K3, DES_Decrypt(K2, DES_Encrypt(K1, P)))
解密: P = DES_Decrypt(K1, DES_Encrypt(K2, DES_Decrypt(K3, C)))
这种 EDE（加密-解密-加密）结构是为了向后兼容——如果 K1=K2=K3，它退化为单 DES。
3DES 密钥选项
| 选项 | 密钥 | 有效密钥位数 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 3 密钥 3DES | K1≠K2≠K3 | 112 位 | 使用 3DES 时推荐 |
| 2 密钥 3DES | K1≠K2，K3=K1 | 80 位 | 较弱，避免使用 |
| 1 密钥 3DES | K1=K2=K3 | 56 位 | 与 DES 相同，无意义 |
3DES 密钥通常为 16 字节（2 密钥）或 24 字节（3 密钥）。
DES 密钥奇偶校验
DES 密钥有一个特殊属性：每个字节包含 7 位密钥数据和 1 位奇偶校验位。奇偶校验位的设置使每个字节有奇数个 1 位。
密钥字节: 0101 010[P]
↑ 7 位密钥数据 ↑ 奇偶校验位
XOR 运算（如密钥分片）后，奇偶校验可能丢失，必须恢复。密钥分片生成器 在合并密钥组件时自动调整奇偶校验。
3DES 在支付系统中的应用
3DES 在支付基础设施中根深蒂固：
PIN 加密
DUKPT（ISO 9797）
MAC 算法
- ISO 9797-1 算法使用 DES/3DES
- 零售 MAC（ANSI X9.19）使用 3DES
- 参见 MAC 指南
HSM 密钥存储
- Thales、Futurex 和 Atalla HSM 将密钥存储为 3DES LMK 加密形式
- TR-31 版本 A、B、C 使用 3DES 密钥封装
- 参见 HSM 概述
CVV/CVC 计算
- CVV 使用 3DES 加密
- 参见 CVV 指南
3DES 与 AES 对比
| 属性 | 3DES | AES |
|---|---|---|
| 分组大小 | 64 位 | 128 位 |
| 密钥大小 | 112/168 位 | 128/192/256 位 |
| 速度 | 比 DES 慢约 3 倍 | 快得多 |
| 安全性 | 尚可（约至 2030 年） | 强 |
| 状态 | 遗留，正在淘汰 | 当前标准 |
| 支付使用 | 广泛遗留 | 增长中 |
NIST 于 2023 年弃用 3DES，2030 年后将禁止使用。新支付系统应使用 AES。
从 3DES 迁移到 AES
支付行业正在积极迁移：
- TR-31 Version D：基于 AES 的密钥块（替代版本 A/B/C）
- DUKPT AES：基于 AES 的每笔交易密钥（替代 3DES DUKPT）
- PIN 块格式 4：AES 加密的 PIN 块（替代格式 0/1/3）
- AES-CMAC：替代 ISO 9797-1 MAC 算法
3DES 密钥的 KCV
3DES 密钥的密钥校验值：
- 使用 3DES 密钥在 ECB 模式下加密 8 字节
0x00 - 取前 3 字节（6 个十六进制字符）
示例：密钥 0123456789ABCDEFFEDCBA9876543210 → KCV 08D7B4
使用 密钥生成器 生成带 KCV 的 3DES 密钥，或使用 密钥分片生成器 将其分成组件。