معيار تشفير البيانات

في 17 مارس 1975، نُشرت مسودة معيار التشفير العميق (DES) في السجل الفيدرالي . وطُلب من الجمهور تقديم تعليقاتهم، وفي العام التالي عُقدت ورشتا عمل مفتوحتان لمناقشة المعيار المقترح. وُجهت انتقادات من رواد التشفير بالمفتاح العام، مارتن هيلمان وويتفيلد ديفي ، ^{[ 1 ]} حيث أشارا إلى قصر طول المفتاح و" صناديق الاستبدال " الغامضة كدليل على تدخل غير مشروع من وكالة الأمن القومي الأمريكية (NSA). كان الشك قائماً بأن الوكالة الاستخباراتية قد أضعفت الخوارزمية سراً بحيث تتمكن هي - دون غيرها - من قراءة الرسائل المشفرة بسهولة. ^{[ 9 ]} علّق آلان كونهايم (أحد مصممي DES) قائلاً: "أرسلنا صناديق الاستبدال إلى واشنطن. وعندما عادت، كانت جميعها مختلفة." ^{[ 10 ]} راجعت لجنة الاستخبارات المختارة في مجلس الشيوخ الأمريكي إجراءات وكالة الأمن القومي لتحديد ما إذا كان هناك أي تدخل غير مشروع. وفي ملخص نتائجها غير المصنف، والذي نُشر عام 1978، كتبت اللجنة:

في تطوير خوارزمية DES، أقنعت وكالة الأمن القومي شركة IBM بأن تقليل حجم المفتاح كان كافياً؛ وساعدت بشكل غير مباشر في تطوير هياكل S-box؛ وأكدت أن خوارزمية DES النهائية، على حد علمها، خالية من أي ضعف إحصائي أو رياضي. ^{[ 11 ]}

لكنها وجدت أيضاً أن

لم تُجرِ وكالة الأمن القومي أي تعديل على تصميم الخوارزمية. بل قامت شركة آي بي إم بابتكار وتصميم الخوارزمية، واتخذت جميع القرارات ذات الصلة بها، وأقرت بأن حجم المفتاح المتفق عليه كان أكثر من كافٍ لجميع التطبيقات التجارية التي صُممت خوارزمية DES من أجلها. ^{[ 12 ]}

صرح والتر توشمان، وهو عضو آخر في فريق DES، قائلاً: "لقد طورنا خوارزمية DES بالكامل داخل شركة IBM وبواسطة موظفيها. لم تفرض وكالة الأمن القومي أي توجيهات!" ^{[ 13 ]} في المقابل، ينص كتابٌ رُفعت عنه السرية من قِبل وكالة الأمن القومي حول تاريخ التشفير على ما يلي:

في عام 1973، طلبت الهيئة الوطنية للمعايير من القطاع الخاص اقتراح معيار لتشفير البيانات (DES). كانت العروض الأولية مخيبة للآمال، فبدأت وكالة الأمن القومي العمل على خوارزميتها الخاصة. ثم اكتشف هوارد روزنبلوم، نائب مدير قسم الأبحاث والهندسة، أن والتر توشمان من شركة آي بي إم كان يعمل على تعديل خوارزمية لوسيفر للاستخدام العام. منحت وكالة الأمن القومي توشمان تصريحًا أمنيًا واستعانت به للعمل بشكل مشترك مع الوكالة على تعديله لخوارزمية لوسيفر. ^{[ 14 ]}

و

عملت وكالة الأمن القومي الأمريكية (NSA) بشكل وثيق مع شركة IBM لتعزيز خوارزمية التشفير ضد جميع أنواع الهجمات باستثناء هجمات القوة الغاشمة، ولتقوية جداول الاستبدال (S-boxes). في المقابل، حاولت وكالة الأمن القومي إقناع شركة IBM بتقليص طول المفتاح من 64 إلى 48 بت. وفي النهاية، تم التوصل إلى حل وسط باستخدام مفتاح بطول 56 بت. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

تبددت بعض الشكوك حول نقاط الضعف الخفية في صناديق الاستبدال (S-boxes) عام 1990، مع الاكتشاف المستقل والمنشور العلني لتقنية التحليل التفاضلي للتشفير ، وهي طريقة عامة لكسر تشفير الكتل، من قِبل إيلي بيهام وآدي شامير . كانت صناديق الاستبدال الخاصة بخوارزمية DES أكثر مقاومة للهجوم بكثير مما لو تم اختيارها عشوائيًا، مما يشير بقوة إلى أن شركة IBM كانت على دراية بهذه التقنية في سبعينيات القرن الماضي. وقد كان هذا هو الحال بالفعل؛ ففي عام 1994، نشر دون كوبرسميث بعض معايير التصميم الأصلية لصناديق الاستبدال. ^{[ 17 ]} ووفقًا لستيفن ليفي ، اكتشف باحثو IBM Watson هجمات التحليل التفاضلي للتشفير عام 1974، وطلبت منهم وكالة الأمن القومي الأمريكية (NSA) إبقاء هذه التقنية سرية. ^{[ 18 ]} ويوضح كوبرسميث قرار IBM بالتكتم قائلًا: "كان ذلك لأن [التحليل التفاضلي للتشفير] يمكن أن يكون أداة قوية للغاية، تُستخدم ضد العديد من المخططات، وكان هناك قلق من أن مثل هذه المعلومات في المجال العام قد تؤثر سلبًا على الأمن القومي." يقتبس ليفي عن والتر توشمان قوله: "طلبوا منا ختم جميع وثائقنا بختم "سري"... وضعنا بالفعل رقمًا على كل وثيقة وحفظناها في خزائن، لأنها كانت تُعتبر سرية تابعة للحكومة الأمريكية. قالوا لنا افعلوا ذلك، ففعلنا". ^{[ 18 ]} لاحظ بروس شناير أن "الأمر استغرق من الأوساط الأكاديمية عقدين من الزمن ليكتشفوا أن "تعديلات" وكالة الأمن القومي قد حسّنت بالفعل من أمان نظام DES". ^{[ 19 ]}

على الرغم من الانتقادات، تمت الموافقة على معيار DES كمعيار فيدرالي في نوفمبر 1976، ونُشر في 15 يناير 1977 تحت مسمى FIPS PUB 46، مُرخّصًا باستخدامه على جميع البيانات غير المصنفة. وأُعيد تأكيده كمعيار في أعوام 1983، و1988 (بصيغة FIPS-46-1)، و1993 (FIPS-46-2)، ومرة ​​أخرى في عام 1999 (FIPS-46-3)، حيث نصّ الأخير على استخدام " Triple DES " (انظر أدناه). في 26 مايو 2002، تم استبدال معيار DES نهائيًا بمعيار التشفير المتقدم (AES) بعد منافسة عامة . في 19 مايو 2005، تم سحب FIPS 46-3 رسميًا، لكن المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) وافق على استخدام Triple DES حتى عام 2030 للمعلومات الحكومية الحساسة. ^{[ 20 ]}

تم تحديد الخوارزمية أيضًا في ANSI X3.92 (يُعرف X3 اليوم باسم INCITS و ANSI X3.92 باسم ANSI INCITS 92)، ^{[ 21 ]} NIST SP 800-67 ^{[ 20 ]} و ISO/IEC 18033-3 ^{[ 22 ]} (كمكون من مكونات TDEA ).

نُشر هجوم نظري آخر، هو التحليل الخطي للشفرات، عام ١٩٩٤، لكن برنامج اختراق خوارزمية DES الذي طورته مؤسسة الحدود الإلكترونية عام ١٩٩٨ هو الذي أثبت إمكانية اختراق خوارزمية DES عمليًا، وأبرز الحاجة إلى خوارزمية بديلة. سيتم تناول هذه الأساليب وغيرها من أساليب تحليل الشفرات بمزيد من التفصيل لاحقًا في هذه المقالة.

يُعتبر إدخال خوارزمية DES بمثابة حافز للدراسة الأكاديمية لعلم التشفير، ولا سيما طرق فك تشفير الكتل. وفقًا لدراسة استعادية أجراها المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) حول خوارزمية DES،

يمكن القول إن معيار التشفير الموزع (DES) قد شكّل انطلاقةً قويةً لدراسة وتطوير خوارزميات التشفير في المجال غير العسكري. ففي سبعينيات القرن الماضي، كان عدد خبراء التشفير قليلًا جدًا، باستثناء العاملين في المؤسسات العسكرية أو الاستخباراتية، وكانت الدراسات الأكاديمية في هذا المجال محدودة. أما اليوم، فيوجد العديد من الأكاديميين المتخصصين في التشفير، وأقسام الرياضيات التي تضم برامج قوية في هذا المجال، بالإضافة إلى شركات ومستشارين متخصصين في أمن المعلومات . وقد اكتسب جيلٌ من محللي الشفرات خبرةً واسعةً في تحليل خوارزمية DES (أي محاولة اختراقها). وكما يقول خبير التشفير بروس شناير ^{[ 23 ]} : "لقد كان لمعيار DES دورٌ أكبر في تنشيط مجال تحليل الشفرات من أي شيء آخر. فقد أصبح لدينا الآن خوارزميةٌ جديرةٌ بالدراسة". وقد تناول جزءٌ كبيرٌ من الأدبيات المنشورة في مجال التشفير خلال سبعينيات وثمانينيات القرن الماضي معيار DES، وهو المعيار الذي تُقاس به جميع خوارزميات المفاتيح المتناظرة منذ ذلك الحين. ^{[ 24 ]}

يوضح الشكل 1 البنية العامة للخوارزمية: تتكون من 16 مرحلة معالجة متطابقة، تُسمى جولات . كما يوجد تبديل أولي وآخر نهائي ، يُشار إليهما اختصارًا بـ IP و FP ، وهما معكوسان (يعكس IP تأثير FP، والعكس صحيح). لا يحمل التبديلان IP و FP أي دلالة تشفيرية، ولكنهما أُدرجا لتسهيل تحميل وتفريغ الكتل من وإلى أجهزة المعالجة ذات 8 بت التي كانت شائعة في منتصف سبعينيات القرن الماضي. ^{[ 30 ]}

قبل بدء الجولات الرئيسية، تُقسّم الكتلة إلى نصفين، كل منهما 32 بت، ويُعالَج كل نصف بالتناوب؛ يُعرف هذا التداخل بنظام فيستل . يضمن هيكل فيستل تشابه عمليتي فك التشفير والتشفير إلى حد كبير، والفرق الوحيد هو تطبيق المفاتيح الفرعية بترتيب عكسي عند فك التشفير. أما بقية الخوارزمية فهي متطابقة. يُبسّط هذا الأمر عملية التنفيذ بشكل كبير، لا سيما في الأجهزة، إذ لا حاجة لخوارزميات تشفير وفك تشفير منفصلة.

يرمز الرمز ⊕ إلى عملية XOR ( الجمع الحصري ). تقوم دالة F بتشفير نصف كتلة مع جزء من المفتاح. ثم يُدمج ناتج دالة F مع النصف الآخر من الكتلة، ويتم تبديل النصفين قبل الجولة التالية. بعد الجولة الأخيرة، يتم تبديل النصفين؛ وهذه ميزة في بنية فيستل تجعل التشفير وفك التشفير عمليتين متشابهتين.

تعمل الدالة F، الموضحة في الشكل 2، على نصف كتلة (32 بت) في كل مرة وتتكون من أربع مراحل:

1. التوسيع : يتم توسيع نصف الكتلة ذات 32 بت إلى 48 بت باستخدام تبديل التوسيع ، المشار إليه بالرمز E في الرسم التوضيحي، وذلك بتكرار نصف البتات. يتكون الناتج من ثمانية أجزاء، كل منها 6 بت (8 × 6 = 48 بت)، يحتوي كل منها على نسخة من 4 بتات مُدخلة مُقابلة، بالإضافة إلى نسخة من البت المجاور مباشرةً من كل جزء من أجزاء الإدخال على كلا الجانبين.
2. مزج المفاتيح : يتم دمج النتيجة مع مفتاح فرعي باستخدام عملية XOR. يتم اشتقاق ستة عشر مفتاحًا فرعيًا بطول 48 بت - مفتاح واحد لكل جولة - من المفتاح الرئيسي باستخدام جدول المفاتيح (الموصوف أدناه).
3. الاستبدال : بعد دمج المفتاح الفرعي، تُقسّم الكتلة إلى ثمانية أجزاء، كل جزء منها 6 بتات، قبل معالجتها بواسطة صناديق الاستبدال ( S-boxes ). يستبدل كل صندوق من صناديق الاستبدال الثمانية بتات الإدخال الستة بأربع بتات إخراج وفقًا لتحويل غير خطي، مُقدّم على شكل جدول بحث . تُشكّل صناديق الاستبدال جوهر أمان خوارزمية DES، فبدونها، ستكون الشفرة خطية، ويمكن كسرها بسهولة.
4. التبديل : أخيرًا، يُعاد ترتيب المخرجات الـ 32 من صناديق الاستبدال (S-boxes) وفقًا لتبديل ثابت ، وهو صندوق التبديل (P-box ). صُمم هذا بحيث تُوزع البتات من مخرجات كل صندوق استبدال في هذه الجولة على أربعة صناديق استبدال مختلفة في الجولة التالية.

يوفر التناوب بين الاستبدال من صناديق S، وتبديل البتات من صندوق P وتوسيع E ما يسمى " التشويش والانتشار " على التوالي، وهو مفهوم حدده كلود شانون في الأربعينيات من القرن الماضي كشرط ضروري لتشفير آمن وعملي.

يوضح الشكل 3 جدول المفاتيح للتشفير - الخوارزمية التي تُولّد المفاتيح الفرعية. في البداية، يتم اختيار 56 بتًا من المفتاح من أصل 64 بتًا باستخدام خوارزمية الاختيار المُبدّل 1 ( PC-1 )، بينما تُهمل البتات الثمانية المتبقية أو تُستخدم كبتات للتحقق من التكافؤ . تُقسّم البتات الـ 56 بعد ذلك إلى نصفين، كل نصف 28 بتًا، ويُعالج كل نصف على حدة. في الجولات المتتالية، يُدار كلا النصفين إلى اليسار بمقدار بت واحد أو اثنين (يُحدد لكل جولة)، ثم يتم اختيار 48 بتًا من المفتاح الفرعي باستخدام خوارزمية الاختيار المُبدّل 2 ( PC-2 ) - 24 بتًا من النصف الأيسر، و24 بتًا من النصف الأيمن. تعني عمليات التدوير (المُشار إليها بـ "<<<" في الرسم التوضيحي) استخدام مجموعة مختلفة من البتات في كل مفتاح فرعي؛ حيث يُستخدم كل بت في حوالي 14 مفتاحًا فرعيًا من أصل 16 مفتاحًا فرعيًا.

جدول المفاتيح لفك التشفير مشابه، لكن المفاتيح الفرعية تكون بترتيب عكسي مقارنةً بالتشفير. وبغض النظر عن هذا التغيير، فإن العملية هي نفسها كما في التشفير. يتم تمرير نفس الـ 28 بت إلى جميع صناديق التدوير.

فيما يلي الشفرة الزائفة لخوارزمية DES.

// جميع المتغيرات من نوع 64 بت غير مُوقّع// المعالجة المسبقة : إضافة حشو بفرق الحجم بالبايتات لجعل طول الرسالة من مضاعفات 64 بتvar key // المفاتيح التي يُدخلها المستخدم var keys [ 16 ] var left , right// توليد المفاتيح// PC1 (من 64 بت إلى 56 بت) المفتاح := تبديل ( المفتاح ، PC1 ) اليسار := ( المفتاح إزاحة لليمين 28 ) و 0xFFFFFFF اليمين := المفتاح و 0xFFFFFFFلـ i من 1 إلى 16، نفّذ ما يلي: يمين := يمين ، تدوير يسار، إزاحة المفتاح [ i ] ، يسار := يسار ، تدوير يسار، إزاحة المفتاح [ i ] ، متغير concat := ( يسار، إزاحة يسار 28 ) أو يمين // PC2 (من 56 بت إلى 48 بت)، مفاتيح [ i ] := تبديل ( concat ، PC2 )، نهاية الحلقة// لفك تشفير رسالة، اعكس ترتيب المفاتيح إذا كان فك التشفير صحيحًا، اعكس ترتيب المفاتيح .// تشفير أو فك تشفير كل جزء من الرسالة المبطنة بطول 64 بت do var tmp// IP chunk := permutation ( chunk , IP ) left := chunk rightshift 32 right := chunk and 0xFFFFFFFF for i from 1 to 16 do tmp := right // E (32bits to 48bits) right := expansion ( right , E ) right := right xor keys [ i ] // Substitution (48bits to 32bits) right := substitution ( right ) // P right := permutation ( right , P ) right := right xor left left := tmp end for // Concat right and left var cipher_chunk := ( right leftshift 32 ) or left // FP cipher_chunk := permutation ( cipher_chunk , FP ) end for

في أي نظام تشفير ، تُعدّ طريقة الهجوم الأساسية هي التجربة والخطأ ، أي تجربة كل مفتاح ممكن بالتتابع. يحدد طول المفتاح عدد المفاتيح الممكنة، وبالتالي جدوى هذه الطريقة. بالنسبة لخوارزمية DES، أُثيرت تساؤلات حول مدى كفاية حجم مفتاحها في وقت مبكر، حتى قبل اعتمادها كمعيار، وكان صغر حجم المفتاح، وليس التحليل النظري للتشفير، هو ما استدعى الحاجة إلى خوارزمية بديلة . ونتيجةً لمناقشات شملت مستشارين خارجيين، من بينهم وكالة الأمن القومي الأمريكية، تم تقليص حجم المفتاح من 256 بت إلى 56 بت ليناسب شريحة واحدة. ^{[ 31 ]}

في الأوساط الأكاديمية، طُرحت مقترحات عديدة لجهاز لفك تشفير خوارزمية DES. ففي عام 1977، اقترح ديفي وهيلمان جهازًا بتكلفة تُقدّر بنحو 20 مليون دولار (ما يعادل 106,260,297 دولارًا في عام 2025) قادرًا على إيجاد مفتاح DES في يوم واحد. ^{[ 1 ] [ 32 ]} وبحلول عام 1993، اقترح وينر جهازًا للبحث عن المفاتيح بتكلفة مليون دولار (ما يعادل 2,228,749 دولارًا في عام 2025) قادرًا على إيجاد المفتاح في غضون 7 ساعات. مع ذلك، لم يُنفّذ أيٌّ من هذه المقترحات المبكرة، أو على الأقل، لم يُعلن عن أيّ منها رسميًا. وقد تجلّت ثغرة خوارزمية DES عمليًا في أواخر التسعينيات. ^{[ 33 ]} في عام 1997، رعت شركة RSA Security سلسلة من المسابقات، وقدمت جائزة قدرها 10,000 دولار أمريكي للفريق الأول الذي ينجح في فك تشفير رسالة مشفرة باستخدام خوارزمية DES. فاز بهذه المسابقة مشروع DESCHALL ، بقيادة روك فيرسر، ومات كورتين ، وجاستن دولسكي، مستغلين دورات المعالجة غير المستخدمة لآلاف أجهزة الكمبيوتر عبر الإنترنت. وقد ثبتت جدوى فك تشفير DES بسرعة في عام 1998 عندما قامت مؤسسة Electronic Frontier Foundation (EFF)، وهي منظمة معنية بحقوق الإنسان في الفضاء الإلكتروني، ببناء برنامج مخصص لفك تشفير DES، بتكلفة تقارب 250,000 دولار أمريكي (ما يعادل 493,824 دولارًا أمريكيًا في عام 2025) (انظر: برنامج EFF لفك تشفير DES ). كان دافعهم إثبات إمكانية اختراق خوارزمية DES عمليًا ونظريًا: " هناك الكثير ممن لا يصدقون الحقيقة حتى يروها بأم أعينهم. إن عرض جهاز مادي قادر على اختراق DES في غضون أيام قليلة هو السبيل الوحيد لإقناع البعض بأنهم لا يستطيعون الاعتماد على DES في أمنهم. " وقد تمكن الجهاز من إيجاد مفتاح الاختراق بعد أكثر من يومين بقليل من البحث.

كان جهاز COPACOBANA ، الذي بُني عام 2006 من قِبل فرق من جامعتي بوخوم وكيل في ألمانيا ، هو الجهاز التالي الذي تم تأكيد قدرته على فك تشفير DES. على عكس جهاز EFF، يتكون COPACOBANA من دوائر متكاملة قابلة لإعادة التكوين ومتوفرة تجاريًا. تعمل 120 من هذه المصفوفات المنطقية القابلة للبرمجة الميدانية (FPGAs) من نوع XILINX Spartan-3 1000 بالتوازي، وهي مُجمّعة في 20 وحدة DIMM، تحتوي كل منها على 6 مصفوفات منطقية قابلة للبرمجة الميدانية. يُتيح استخدام الأجهزة القابلة لإعادة التكوين إمكانية استخدام الجهاز في مهام أخرى لفك التشفير أيضًا. ^{[ 34 ]} من أبرز جوانب COPACOBANA تكلفته المنخفضة، حيث يُمكن بناء جهاز واحد مقابل حوالي 10000 دولار أمريكي (ما يُعادل 15527 دولارًا أمريكيًا في عام 2025) . ^{[ 35 ]} يُعدّ انخفاض التكلفة بنحو 25 ضعفًا مقارنةً بجهاز EFF مثالًا على التحسين المستمر للأجهزة الرقمية - انظر قانون مور . منذ عام 2007، قامت شركة SciEngines GmbH ، وهي شركة منبثقة عن شريكي مشروع COPACOBANA، بتطوير وتحسين نسخ لاحقة من COPACOBANA. في عام 2008، قلّص جهاز COPACOBANA RIVYERA وقت كسر خوارزمية DES إلى أقل من يوم واحد، باستخدام 128 وحدة من نوع Spartan-3 5000. وحقق جهاز SciEngines RIVYERA الرقم القياسي في كسر خوارزمية DES بالقوة الغاشمة، باستخدام 128 وحدة من نوع Spartan-3 5000 FPGA. وقد ساهم طراز LX150 الذي يضم 256 وحدة من نوع Spartan-6 في تقليل هذا الوقت بشكل أكبر. ^{[ 36 ]}

في عام 2012، أعلن ديفيد هولتون وموكسي مارلينسبايك عن نظام يحتوي على 48 وحدة من نوع Xilinx Virtex-6 LX240T FPGA، تحتوي كل وحدة منها على 40 نواة DES موصولة بخطوط أنابيب كاملة تعمل بترددبتردد 400  ميجاهرتز ، وبسعة إجمالية تبلغ 768 جيجا مفتاح/ثانية. ^{[ 37 ]} يستطيع النظام البحث بشكل شامل في كامل نطاق مفاتيح DES ذي 56 بت في غضون 26 ساعة تقريبًا، وتُقدم هذه الخدمة مقابل رسوم عبر الإنترنت. ^{[ 38 ]} مع ذلك، توقفت الخدمة عن العمل منذ عام 2024.لأغراض الصيانة ^{[ 38 ]}

هناك ثلاث هجمات معروفة قادرة على اختراق جميع جولات خوارزمية DES الست عشرة بتعقيد أقل من البحث الشامل: التحليل التفاضلي للتشفير (DC)، ^{[ 39 ]} والتحليل الخطي للتشفير (LC)، ^{[ 40 ]} وهجوم ديفيز . ^{[ 41 ]} ومع ذلك، فإن هذه الهجمات نظرية، ويُعتبر تنفيذها عمليًا غير ممكن عمومًا؛ وتُسمى هذه الأنواع من الهجمات أحيانًا بنقاط ضعف الشهادات.

• أُعيد اكتشاف التحليل التفاضلي للشفرات في أواخر ثمانينيات القرن العشرين على يد إيلي بيهام وآدي شامير ؛ وكان معروفًا سابقًا لدى كل من شركة IBM ووكالة الأمن القومي الأمريكية، لكنه ظل سرًا. يتطلب فك التشفير التفاضلي لجميع جولاته الست عشرة استخدام 2^ ⁴⁷ نصًا عاديًا مختارًا . ^{[ 39 ]} صُمم معيار التشفير التفاضلي (DES) ليكون مقاومًا للتحليل التفاضلي للشفرات.
• اكتشف ميتسورو ماتسوي التحليل الخطي للتشفير ، وهو يتطلب 2 ^{^43} نصًا عاديًا معروفًا ؛ ^{[ 40 ]} وقد نفّذ ماتسوي هذه الطريقة عام 1994، وكانت أول تحليل تجريبي لتشفير DES يُنشر. لا يوجد دليل على أن DES صُمم خصيصًا لمقاومة هذا النوع من الهجمات. في عام 1994، اقتُرح تعميم للتحليل الخطي للتشفير - التحليل الخطي المتعدد - وجرى تحسينه لاحقًا بواسطة بيريوكوف وآخرين؛ ويشير تحليلهم إلى إمكانية استخدام تقريبات خطية متعددة لتقليل متطلبات البيانات للهجوم بمقدار 4 على الأقل (أي 2^ ⁴¹ بدلًا من 2 ^{^43} ). ^{[ 42 ]} ويمكن الحصول على انخفاض مماثل في تعقيد البيانات في نسخة من التحليل الخطي للتشفير تعتمد على نص عادي مُختار. ^{[ 43 ]} أجرى جونود عدة تجارب لتحديد التعقيد الزمني الفعلي للتحليل الخطي للشفرات، وأفاد بأنه كان أسرع قليلاً مما كان متوقعاً، حيث استغرق وقتاً يعادل 2^ ^39-41 عملية تقييم لخوارزمية DES. ^{[ 44 ]}
• هجوم ديفيز المحسن : في حين أن التحليل الخطي والتحليل التفاضلي للتشفير هما تقنيات عامة ويمكن تطبيقها على عدد من المخططات، فإن هجوم ديفيز هو تقنية متخصصة لـ DES، اقترحها دونالد ديفيز لأول مرة في الثمانينيات، وحسّنها بيهام وبيريوكوف في عام 1997. ^{[ 41 ] [ 45 ]} يتطلب الشكل الأقوى من الهجوم 250 ^نصًا عاديًا معروفًا ، وله تعقيد حسابي يبلغ ²⁵⁰ ، ونسبة نجاح تبلغ 51٪.

كما طُرحت هجمات ضد نسخ مُخفّضة من خوارزمية التشفير، أي نسخ DES التي تحتوي على أقل من 16 جولة. يُتيح هذا التحليل فهم عدد الجولات اللازمة للأمان، ومدى هامش الأمان الذي تحتفظ به النسخة الكاملة.

اقترح لانغفورد وهيلمان في عام 1994 تحليل التشفير التفاضلي الخطي ، الذي يجمع بين التحليل التفاضلي والخطي في هجوم واحد. ^{[ 46 ]} يمكن لنسخة محسّنة من هذا الهجوم اختراق خوارزمية DES ذات 9 جولات باستخدام 2^ ^15.8 نصًا عاديًا مختارًا، وتبلغ تعقيداتها الزمنية 2 ^ ^29.2 . ^{[ 47 ]}

يُظهر نظام DES خاصية التكامل، أي أن

${\displaystyle E_{K}(P)=C\iff E_{\overline {K}}({\overline {P}})={\overline {C}}}$

أين${\displaystyle {\overline {x}}}$هو المتمم الثنائي لـ${\displaystyle x.}$${\displaystyle E_{K}}$يشير إلى التشفير باستخدام مفتاح${\displaystyle K.}$${\displaystyle P}$و${\displaystyle C}$تشير إلى كتل النص الأصلي والنص المشفر على التوالي. تعني خاصية التكامل أنه يمكن تقليل جهد هجوم القوة الغاشمة بمقدار النصف (أو بت واحد) بافتراض اختيار النص الأصلي . وبحسب التعريف، تنطبق هذه الخاصية أيضًا على تشفير TDES. ^{[ 48 ]}

يحتوي خوارزمية DES أيضًا على أربعة مفاتيح ضعيفة . التشفير ( E ) وفك التشفير ( D ) باستخدام مفتاح ضعيف لهما نفس التأثير (انظر الانعكاس ):

${\displaystyle E_{K}(E_{K}(P))=P}$أو ما يعادل ذلك،${\displaystyle E_{K}=D_{K}.}$

يوجد أيضًا ستة أزواج من المفاتيح شبه الضعيفة . التشفير باستخدام أحد أزواج المفاتيح شبه الضعيفة،${\displaystyle K_{1}}$، وتعمل بنفس طريقة فك التشفير مع الأخرى،${\displaystyle K_{2}}$:

${\displaystyle E_{K_{1}}(E_{K_{2}}(P))=P}$أو ما يعادل ذلك،${\displaystyle E_{K_{2}}=D_{K_{1}}.}$

من السهل تجنب المفاتيح الضعيفة وشبه الضعيفة في أي تطبيق، إما عن طريق اختبارها صراحةً، أو ببساطة عن طريق اختيار المفاتيح عشوائيًا؛ فاحتمالية اختيار مفتاح ضعيف أو شبه ضعيف بالصدفة ضئيلة للغاية. في الواقع، لا تُعدّ هذه المفاتيح أضعف من أي مفاتيح أخرى، إذ لا تُعطي المهاجم أي ميزة.

كما ثبت أن DES ليس مجموعة ، أو بتعبير أدق، ليس مجموعة${\displaystyle \{E_{K}\}}$(لجميع المفاتيح الممكنة)${\displaystyle K}$لا تُعدّ المجموعة ( ) في ظل التركيب الوظيفي مجموعةً، ولا هي "قريبة" من أن تكون مجموعة. ^{[ 49 ]} كان هذا سؤالًا مفتوحًا لبعض الوقت، ولو كان الأمر كذلك، لكان من الممكن اختراق خوارزمية DES، ولن تُحسّن أنماط التشفير المتعددة مثل Triple DES الأمان، لأن التشفير (وفك التشفير) المتكرر باستخدام مفاتيح مختلفة سيكون مكافئًا للتشفير باستخدام مفتاح واحد آخر. ^{[ 50 ]}