DES算法详解
DES算法详细介绍
DES算法详细介绍DES（Data Encryption Standard），即数据加密标准，是一种对称密钥加密算法，由IBM公司于1975年研制。
DES算法的设计思想是通过使用56位的密钥对64位的明文进行加密，得到64位的密文。
同时，利用相同的密钥可以对密文进行解密，得到原始的明文。
1.首先，将64位的明文分割成左右两个32位的部分，分别称为L0和R0。
2.接着，重复进行16轮的加密操作。
在每一轮中，右边的32位部分Rn会作为下一轮的左边部分Ln+1的输入。
3. 在每一轮中，Rn经过扩展变换（Expansion Permutation）和异或运算，与轮密钥Kn进行异或运算，得到48位的输出。
然后，将这48位的输出经过S盒（Substitution Box）代替（Substitution）和P盒（Permutation Box）置换，得到32位的输出。
将这32位的输出与左边的32位部分Ln进行异或运算，得到右边的32位部分Rn+14.最后一轮结束后，将最后的输出L16和R16进行交换，并将它们合并成一个64位的输出，即密文。
DES算法中的核心组件是S盒，其作用是将输入的6位转换为4位的输出。
S盒是由8个不同的4x16的盒子组成，每个盒子完成从输入到输出的映射。
每个S盒通过6位输入中的前后两位选定对应的盒子行号和中间4位选定的盒子列号，然后将该行和列对应的值输出，将其转换为4位输出。
这样，每个S盒都可以通过4位选择的索引实现16种可能的映射。
在DES算法中，密钥长度为64位，但由于其中的8个位作为奇偶校验位而被忽略，因此实际有效的密钥长度为56位。
在加密过程中，使用密钥生成16个48位的子密钥，每个子密钥仅使用56位密钥中的不同的48位。
为了增加安全性，DES中的每个子密钥都通过将一部分密钥以及一部分已生成的子密钥作为输入，经过置换、循环左移、选择等操作生成。
然而，由于DES算法的密钥长度较短，易受到密码分析方法的攻击。
DES加密算法详解
DES加密算法详解DES（Data Encryption Standard）是一种对称加密算法，也就是加密和解密使用的是同一个密钥。
DES的密钥长度为56位，被认为安全性较低，现已逐渐被AES（Advanced Encryption Standard）所取代。
但是，了解DES的加密算法原理仍然有助于理解其他加密算法的工作原理。
DES的加密算法主要分为四个步骤：初始置换、轮函数、密钥生成和逆初始置换。
下面对每个步骤进行详细介绍。
1. 初始置换（Initial Permutation）：将输入的64位明文按照预定的IP表进行置换，将明文的顺序打乱。
这样可以打破明文的顺序规律，增加加密的随机性。
2. 轮函数（Round Function）：DES算法通过16个相同的轮函数来加密数据。
轮函数主要包含四个步骤：扩展置换、异或运算、S盒代替和P置换。
- 扩展置换（Expansion Permutation）：将32位的R部分进行扩展变换，得到48位的数据。
这样做是为了增加数据的混合程度，增加加密强度。
-异或运算（XOR）：将扩展数据与48位的轮密钥进行异或运算，得到的结果作为S盒代替的输入。
异或运算的目的是为了对数据进行混淆，增加加密的随机性。
- S盒代替（Substitution Boxes）：DES算法中包含了8个S盒，每个S盒为4x16的矩阵。
将上一步得到的48位数据分成8组，每组6位。
根据S盒中的索引，将每组数据转换成4位的数据。
S盒的目的是为了进行数据的替换和混淆，增加加密的随机性。
- P置换（Permutation）：将上一步得到的32位数据按照P表进行置换。
P表是一个固定的置换表，目的是为了进一步增加加密的随机性。
3. 密钥生成（Key Generation）：DES算法使用56位的密钥，但是每一轮只使用48位。
因此，需要根据原始密钥生成16组48位的轮密钥。
密钥生成主要包含两个步骤：置换选择1（PC-1）和置换选择2（PC-2）。
DES例题详解
DES例题详解摘要：一、DES加密算法简介1.DES加密原理2.DES算法结构二、DES例题详解1.实例一：DES加密过程解析2.实例二：DES解密过程解析3.实例三：DES加密解密实战应用三、DES加密算法的优缺点1.优点2.缺点四、DES算法的改进与延伸1.三重DES算法2.AES加密算法正文：一、DES加密算法简介1.DES加密原理DES加密算法是一种对称加密算法，其加密过程是将明文经过16轮的加密操作，最终生成密文。
DES算法依赖于密钥，相同的明文使用相同的密钥加密后，得到的密文相同。
2.DES算法结构DES算法的主要结构包括：置换、替换、S盒替换和置换。
其中，置换操作是将明文分成左右两部分，分别进行加密；替换操作是将置换后的明文部分进行替换；S盒替换是将替换后的明文部分通过S盒进行替换；最后再进行置换操作，得到密文。
二、DES例题详解1.实例一：DES加密过程解析假设明文为：ABCDEF，密钥为：123456。
（1）置换：将明文分成左右两部分，分别为ABC和DEF。
（2）替换：将左右两部分分别进行替换操作，得到：TFEC和ADCB。
（3）S盒替换：将替换后的左右两部分分别进行S盒替换，得到：XYZAB和MPQST。
（4）再置换：将替换后的两部分进行置换，得到密文：MPQSTXYZAB。
2.实例二：DES解密过程解析假设密文为：MPQSTXYZAB，密钥为：123456。
（1）解密置换：将密文进行解密置换，得到：ABCDEF。
（2）解密替换：将解密后的密文部分进行解密替换，得到：TFECB和ADCB。
（3）解密S盒替换：将解密后的左右两部分分别进行解密S盒替换，得到：XYZAB和MPQST。
（4）再解密置换：将解密后的两部分进行解密置换，得到明文：ABCDEF。
3.实例三：DES加密解密实战应用在实际应用中，DES加密解密算法广泛应用于数据保护、网络安全等领域。
以下是一个简单的DES加密解密实战应用示例：明文：Hello, World!密钥：1234561.使用DES加密算法加密明文：- 置换：将明文分成左右两部分，分别为Hello和World。
DES算法的详细分析
DES算法的详细分析DES（Data Encryption Standard）是一种对称加密算法，是在计算机领域最常用的加密算法之一、DES算法是由IBM的Horst Feistel于1973年研究开发的。
DES是一种分组密码，每个64位的明文分组经过一系列的置换和替换运算，最终被加密成一个64位的密文。
DES算法采用分组密码的模式，每个明文分组被分成64位，然后通过一系列的置换和替换操作，最终得到一个64位的密文。
DES算法中最重要的部分是Feistel网络结构，它是一种用于对称加密的结构，包含16轮的加密操作。
在每一轮中，明文分组被分成左右两部分，左半部分和右半部分经过不同的置换和替换操作后再结合在一起，形成下一轮操作的输入。
DES算法的核心是密钥调度算法和轮函数。
密钥调度算法用于生成每一轮的子密钥，通过对原始64位密钥进行置换和替换操作得到16个48位的子密钥。
轮函数是DES算法中的重要部分，它包括扩展、异或、S盒替换和置换操作，通过这些操作对每一轮的输入进行计算，最终得到输出。
DES算法的优点是加密速度快，实现简单，安全性较高。
然而，DES算法也存在一些缺点，主要是密钥长度太短，只有56位，这使得DES算法容易受到暴力破解攻击。
为了增强安全性，人们提出了3DES算法和AES算法。
3DES（Triple Data Encryption Standard）是DES的增强版，它使用了两个密钥对数据进行三次加密，增强了安全性。
3DES算法的密钥长度为112位或168位，比DES算法的56位密钥更加安全。
AES（Advanced Encryption Standard）是一种高级加密标准，目前被广泛应用于电子商务和互联网安全领域。
AES算法使用了更长的密钥长度（128位、192位或256位），并采用了更复杂的置换和替换操作，提高了安全性。
总的来说，DES算法是一种经典的加密算法，虽然在现代网络安全领域已经被3DES和AES算法所取代，但DES算法仍然被广泛应用于传统密码学和网络安全领域。
DES加密算法
DES加密算法1950年代末至1970年代初，密码学家发现了许多消息传递系统被成功入侵的案例。
为了应对这种威胁，美国国家安全局（NSA）与IBM公司合作开发了一种新的加密算法，即数据加密标准（Data Encryption Standard，简称DES）。
DES在20世纪70年代末被正式采纳，并成为许多国家及组织使用的标准加密算法，它不仅安全可靠，而且非常高效。
本文将对DES加密算法进行详细介绍。
一、DES加密算法简介DES加密算法是一种对称密钥算法，使用相同的密钥进行加密和解密。
在加密和解密过程中，DES算法将数据分成64位大小的数据块，并进行一系列置换、替换、混淆和反混淆等操作。
DES算法共有16轮运算，每轮运算都与密钥有关。
最终输出的密文与64位的初始密钥相关联，只有使用正确的密钥才能解密并还原原始数据。
二、DES加密算法的原理DES算法的核心是通过一系列的置换、替换和混淆技术对数据进行加密。
以下是DES算法的主要步骤：1. 初始置换（Initial Permutation）DES算法首先将明文进行初始置换，通过一系列规则将64位明文重新排列。
2. 轮函数（Round Function）DES算法共有16个轮次，每轮都包括以下几个步骤：a) 拓展置换（Expansion Permutation）将32位的数据扩展为48位，并进行重新排列。
b) 密钥混淆（Key Mixing）将48位的数据与轮次对应的子密钥进行异或运算。
c) S盒代替（S-box Substitution）将48位的数据分为8个6位的块，并根据S盒进行替换。
S盒是一个具有固定映射关系的查找表，用于增加加密算法的复杂性和安全性。
d) 置换函数（Permutation Function）经过S盒代替后，将得到的数据再进行一次置换。
3. 左右互换在每轮的运算中，DES算法将右半部分数据与左半部分进行互换，以实现加密算法的迭代。
4. 逆初始置换（Inverse Initial Permutation）最后，DES算法对经过16轮运算后的数据进行逆初始置换，得到最终的密文。
DES算法的详细分析
DES算法的详细分析DES（Data Encryption Standard）是一种对称加密算法，是美国联邦政府使用的加密标准。
它采用了分组密码的方式对数据进行加密和解密处理。
本文将对DES算法进行详细分析，涵盖算法原理、加密过程、密钥生成、弱点以及DES的安全性评估等方面。
1.算法原理：-将明文数据分成64位的分组，使用64位密钥进行加密。
-密钥通过密钥生成算法进行处理，生成16个48位的子密钥。
-明文分为左右两半部分，每轮加密时，右半部分与子密钥进行逻辑运算，并与左半部分进行异或操作。
-运算结果作为下一轮的右半部分，左半部分不变。
循环16轮后得到密文。
2.加密过程：-初始置换（IP）：将64位明文按照预定的规则进行位重排。
-分为左右两半部分L0，R0。
-通过16轮的迭代过程，每轮使用不同的48位子密钥对右半部分进行扩展置换（E盒扩展），与子密钥进行异或操作，再通过S盒代换和P 盒置换输出。
-将经过迭代的左右两半部分进行交换。
-最后经过逆初始置换（IP^-1）后输出64位密文。
3.密钥生成：-密钥生成算法从初始64位密钥中减小奇偶校验位，然后使用置换选择1（PC-1）表对密钥进行位重排，得到56位密钥。
-将56位密钥分为两部分，每部分28位，并进行循环左移操作，得到16个48位的子密钥。
4.弱点：-DES算法的密钥长度较短，只有56位有效位，容易受到穷举攻击。
-由于DES算法设计时的数据量较小，运算速度较快，使得密码破解更加容易。
-DES算法对明文的局部统计特性没有进行充分的打乱，可能导致部分明文模式的加密结果不够随机。
5.DES的安全性评估：-DES算法的弱点导致了它在现代密码学中的安全性问题，已经不再适用于高强度加密要求的场景。
- 美国国家标准与技术研究所（NIST）发布了Advanced Encryption Standard（AES）来替代DES作为加密标准。
-DES算法可以用于低安全性需求的领域，或作为加密算法的组成部分。
DES加密算法详解
DES加密算法详解DES（Data Encryption Standard）是一种对称加密算法，是最早被广泛使用的加密算法之一、它于1977年被美国国家标准局（NIST）作为联邦信息处理标准（FIPS）发布，并在接下来的几十年内被广泛应用于数据加密领域。
下面将对DES加密算法进行详细解释。
DES算法使用一个56位的密钥来加密64位的数据块。
密钥经过一系列的处理后生成16个48位的子密钥，然后对数据块进行16轮的加密处理。
每轮加密又包括初始置换、扩展置换、与子密钥异或、S盒置换、P置换等步骤。
初始置换（IP）是DES算法的第一步，通过将输入的64位数据块按照特定的规则重新排列来改变其位的位置。
这样可以提高后续处理的随机性和复杂性。
扩展置换（E）是DES算法的第二步，将32位的数据块扩展成48位，并重新排列其位的位置。
这样可以增加密钥和数据的混淆度。
与子密钥异或（XOR）是DES算法的第三步，将扩展后的数据块与生成的子密钥进行异或操作。
这样可以将密钥的信息混合到数据中。
S盒置换是DES算法的核心部分，利用8个不同的4x16位置换表（S 盒）进行16次S盒置换。
S盒将6位输入映射为4位输出，通过混淆和代替的方式增加了加密的随机性。
P置换是DES算法的最后一步，在经过S盒置换后，对输出的32位数据块进行一次最终的置换。
这样可以使得密文在传输过程中更难以破解。
DES算法的解密过程与加密过程相似，只是在16轮中使用的子密钥的顺序是相反的。
解密过程中同样包括初始置换、扩展置换、与子密钥异或、S盒置换、P置换等步骤，最后经过逆初始置换得到明文。
虽然DES算法曾经是数据安全领域的标准算法，但是随着计算机计算能力的提高，DES算法的密钥长度过短（56位）容易被暴力破解，安全性逐渐变弱。
因此，在2001年，DES被高级加密标准（AES）取代，并成为新的数据加密标准。
总结来说，DES加密算法采用对称密钥体制，使用相同的密钥进行加密和解密。
加密算法之DES算法
加密算法之DES算法DES算法（Data Encryption Standard，数据加密标准）是一种对称加密算法，由IBM公司于1970年代开发，1977年被美国国家标准局（NIST）采纳为联邦信息处理标准（FIPS），并作为加密通信的标准算法使用。
DES算法采用分组密码（Block Cipher）的形式，将明文数据分成64位的数据块进行加密和解密操作。
DES算法的核心是Feistel结构，该结构由两个相同的数据块进行操作，每一轮加密过程包括分组加密、轮密钥生成和异或运算三个步骤。
下面将详细介绍DES算法的加密过程。
1.密钥生成：DES算法使用56位的密钥进行加密，其中有8位用于奇偶校验，因此实际有效密钥长度为48位。
首先，将56位密钥进行置换和分割，得到两个28位的子密钥，分别为左子密钥和右子密钥。
接着，根据子密钥生成算法对左右子密钥进行16轮循环左移操作，每轮循环左移的位数由一个预定义的位移表决定，最终得到16个48位的轮密钥。
2.分组加密：将64位明文数据分成左右两个32位的数据块，分别为左数据块L0和右数据块R0。
接下来，采用16轮的迭代过程，每轮过程包括以下四个步骤：-迭代函数扩展：将32位的右数据块扩展为48位，通过一个预定义的扩展换位表进行操作，得到扩展后的数据块。
-轮密钥混合：将扩展后的数据块和对应的轮密钥进行异或运算，得到48位的中间结果。
-S盒代替：将中间结果进行分组，每个6位作为一个输入，通过一系列预定义的S盒进行替代操作，得到32位的输出。
-P盒置换：对S盒代替的输出进行置换操作，通过一个预定义的置换表得到32位的最终结果。
在每轮迭代过程中，将左右数据块交换位置，即Li=Ri-1，Ri=Li-1⊕F(Ri-1,Ki)，其中F表示迭代函数，Ki表示对应的轮密钥。
3.逆置换：经过16轮迭代后，得到的最终结果为L16和R16，将其交换位置，即L16为右数据块，R16为左数据块。
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6. DES举例
➢再和k1作异或运算得到（分成8组）
101111 011001 100000 110011 101101 111110 101101 001110
➢通过S盒后输出位32比特，
01110110 00110100 00100110 10100001
➢S盒的输出又经过P置换得到
01000100 00100000 10011110 10011111
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4.子密钥生成
➢压缩置换（也称为置换选择2）：将56位密钥压缩成48位。 置换：例如，原第14位在输出时移到了第1位。 压缩：第9、18、22、25以及第35、38、43、54均被略 去。
14 17 11 24 1 5 3 28 15 6 21 10 23 19 12 4 26 8 16 7 27 20 13 2 41 52 31 37 47 55 30 40 51 45 33 48 44 49 39 56 34 53 46 42 50 36 29 32
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4.子密钥生成
19
5. DES解密
在经过所有的替代、置换、异或和循环移动之后，获 得了这样一个非常有用的性质：加密和解密可使用相同 的算法。 DES解密结构与其加密结构是对称相似的，使得能用 相同的函数来加密或解密每个分组。
二者的唯一不同之处是密钥的次序相反。这就是说，如 果各轮的加密密钥分别是K1，K2，K3…，K16，那么解 密密钥就是K16，K15，K14……，K1。为各轮产生密 钥的算法也是循环的。密钥向右移动，每次移动位数为0， 1，2，2，2，2，2，2，1，2，2，2，2，2，2，1。
000000000000000......00000000 100000000000000......00000000
3次循环以后密文有21个比特不同；16 次循环后有34个比特不同。
如果用只差一比特的两个密钥加密 同样明文：
3次循环以后密文有14个比特不同，16 次循环后有35个比特不同
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4.子密钥生成
20
5. DES解密
L R f R ,k
i 1
i
i
i
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5. DES解密
IP
子密钥 子密钥 子密钥 子密钥
IPˉ
子密钥 子密钥 子密钥
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6. DES举例
已知明文m=computer，密钥k=program，用ASCII码 表示为：
m=01100011 01101111 01101101 01110000 01110101 01110100 01100101 01110010
少要引起两位的输出改变；
13
3. 单轮加密详述
➢ P盒置换： P置换使得一个S盒的输出对下一轮多个S盒产生影
响，形成雪崩效应：明文或密钥的一点小的变动都引 起密文的较大变化
➢ 将P盒置换的结果与最初的64位分组的左半 部分异或，接着开始另一轮。
14
Байду номын сангаас
3. 单轮加密详述
雪崩效应 Avalanche Effect 明文或密钥的一比特的变化，引起密 文许多比特的改变。如果变化太小， 就可能找到一种方法减小有待搜索的 明文和密文空间的大小。 如果用同样密钥加密只差一比特的 两个明文：
➢已知主密钥为64位（其中每个字节的第8位作为奇偶校验位）。略去 奇偶校验位，DES的密钥由64位减至56位，对这56位密钥进行如下置 换（置换选择1） ➢ 经置换后的56位密钥，被分成左右两部分，每部分28位。
57 49 41 33 25 17 9 1 58 50 42 34 26 18 L 10 2 59 51 43 35 27 19 11 3 60 52 44 36
1. 概述
➢对称密码技术是最普及的数据加密标准和方法。其中 DES算法应用最为广泛。
DES算法的特点是什么？
密钥
密钥如何安全传递共享？
1
1. 概述
➢DES(Data Encryption Standard)算法
一种用56位密钥来加密64位数据的方法。
发明人：
IBM公司 W.Tuchman和C.Meyer. 基础：
保密为基础； 密钥可为任意的56位数，具有复杂性，使得破译的开销超过
可能获得的利益； 采用替代和置换的组合，共16轮； 只使用了标准的算术和逻辑运算，易于实现
3
2.DES的基本工作流程
DES的基本工作原理 用56位的密钥对64位长的数据块进行16轮加密处理由此得 到64位长的密文。
4
2.DES的基本工作流程
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L0= 11111111 10111000 R0= 00000000 11111111
➢密钥k通过PC-1得到
01110110 01010111 00000110 10000011
C0= 11101100 10011001 00011011 D0= 10110100 01011000 10001110
密钥与扩展分组异或以后，将48位的结果进行代替运 算。替代由8个 代替盒（S盒）完成。48位块通过S盒压缩到32位块。 48位的输入被分为8个6位的分组，每一分组对应一个S盒代替操作： 每一个S盒都有6位输入，4位输出，且这8个S盒是不同的。
key
11
S盒操作
3. 单轮加密详述
• 每个S盒是一个4行、16列的表。盒中的每一项都是一个4bit的数。S 盒的6bit输入确定了其对应的输出在哪一行哪一列。 •假定将S盒的6bit的输入标记为b1、b2、b3、b4、b5、b6，则b1和 b6对应0到3，由此可选择表中的一行。b2到b5 对应0到15，由此可 选择表中的一列。
k=01110000 01110010 01101111 01100111 01110010 01100001 01101101
因为k只有56位，必须插入第8，16，24，32，40，48， 56，64位奇偶校验位，合成64位。而这8位对加密过程没有 影响。
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6. DES举例
➢m经过IP置换后得到
63 55 47 39 31 23 15 7 62 54 46 38 30 22 R
14 6 61 53 45 37 29 21 13 5 28 20 12 4
16
4.子密钥生成
➢循环左移 每轮中，这两部分分别循环左移l位或2位。下表
给出了每轮移动的位数。
轮 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 位 数1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1
它产生了与密钥同长度的数据进行异或运算 它产生了更长的结果，使得在代替运算时能进行压缩
操作：
•先把32位分成8个4位的块， •第i块向左，向右各扩展一位，其中左扩展位与第i-1块 的最右一位 相同，右扩展位与第i+1块的最左一位相同。
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3. 单轮加密详述
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3. 单轮加密详述
➢压缩替代S（经过异或操作后）
b1b2b3b4b5b6 110011
行：b1b6 112 3 列：b2b3b4b5 10012
9
S6-盒子 3行9列 值：14=110012
3. 单轮加密详述
DES中其它算法都是线性 的，而S盒运算则是非线性 的，S盒不易于分析，它提 供了更好的安全性；所以， S盒是算法的关键所在。 提供了密码算法所必须的 混淆作用； 改变S盒的一个输入位至
1967年美国Horst Feistel提出的理论； 产生：
美国国家标准局1973年开始研究除国防部外的其它部门的计算机 系统的数据加密标准，于1973年5月15日和1974年8月27日先后 两次向公众发出了征求加密算法的公告，最终选定DES。
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1. 概述
➢DES技术特点
分组加密算法：明文和密文为64位分组长度； 对称算法：加密和解密除密钥编排不同外，使用同一算法； DES的安全性不依赖于算法的保密，安全性仅以加密密钥的
再各自左移一位，通过PC-2得到48位
1011 0110
k1=00111101 10001111 11001101 00110111 00111111 00000110
➢R0（32位）经E作用扩展为48位，
10000000 00010111 11111110 10000000
11010100 00000110
5
2.DES的基本工作流程
➢置换和逆置换 IP 1
16轮加密开始先进行 初始置换
16轮加密结束后进行 逆置换
6
2.DES的基本工作流程
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2.DES的基本工作流程
Single Round of DES Algorithm
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3. 单轮加密详述
➢ 扩展置换Ｅ： 将输入的32位块扩展到48位的输出块 作用：
➢计算L1和R1
结果是： 00000000 11111111 00000110 10000011 10111011 10011000 11101000 11001000
➢迭代16次以后，得到密文：
01011000 10101000 01000001 10111000 01101001 11111110 10101110 00110011