DESの初期順列（IP）とは？仕組みと役割をわかりやすく解説

DESの初期順列（IP）とは

初期順列（IP：Initial Permutation）は、DES暗号化処理の開始時に一度だけ実行される処理です。DESでは、平文全体がまず64ビットずつのブロックに分割され、その後、それぞれのブロックに対してIPが適用されます。この初期順列は、転置（トランスポジション）処理の一段階に位置づけられます。

初期順列は暗号化プロセス全体の中で一度だけ現れ、最初のラウンドの直前に実行されます。IPにおいてビットの転置がどのように進められるかは、下記の表に示された規則に従います。

初期順列の基本的な考え方

例えば、元の平文ブロックの1ビット目は58ビット目の内容で置き換えられ、2ビット目は50ビット目の内容で置き換えられます。以降も同様の規則が続きます。つまり、これは元の平文ブロックのビット位置を入れ替える操作にほかなりません。

IPの概念

初期順列と最終順列の関係

各順列は64ビットの入力を受け取り、一定の規則に従って並べ替えます。ここでは、代表的な入力ポートとそれに対応する出力ポートの関係を示しています。これらの順列は鍵を使用しない単純な転置（ストレート順列）であり、初期順列と最終順列は互いに逆の関係にあります。

例えば、初期順列では入力の58ビット目が出力の1ビット目になります。同様に、最終順列では入力の1ビット目が出力の58ビット目になります。

言い換えれば、この2つの順列の間にあるラウンド処理を省略した場合、初期順列に入った58ビット目は、最終順列から出てくる58ビット目と同じ位置に戻ることになります。

IPで使用される完全な転置表

IPで使用される完全な転置表を以下に示します。この表は、左から右へ、上から下へと読みます。例えば、表の最初の位置にある「58」は、IPの処理中に元の平文ブロックの58ビット目の内容が1ビット目の位置に書き込まれることを意味します。

同様に、表の40番目の位置には「1」が配置されています。これは、1ビット目の内容が元の平文ブロックの40ビット目の位置に書き込まれることを示しています。その他のすべてのビット位置についても、同じ規則が適用されます。

IP後の処理：LPTとRPTへの分割

IPが完了すると、得られた64ビットの順列済みテキストブロックは、2つの半分のブロックに分割されます。各半分のブロックは32ビットで構成されており、左側のブロックはLPT（Left Plain Text）、右側のブロックはRPT（Right Plain Text）と呼ばれます。その後、これら2つのブロックに対して16ラウンドの暗号化処理が実行されます。