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1、AES和DES分组加密算法的比较1、AES的算法简介AES是美国国家标准技术研究所NIST旨在取代DES的新一代的加密标准。NIST对AES候选算法的基本要求是:对称分组密码体制;密钥长度支持128,192,256位;明文分组长度128位;算法应易于各种硬件和软件实现。1998年NIST开始AES第一轮征集、分析、测试,共产生了15个候选算法。1999年3月完成了第二轮AES的分析、测试。1999年8月NIST公布了五种算法(MARS,RC6,Rijndael,Serpent,Twofish)成为候选算法。最后,Rijndael,这个由比利时人设计的算法与其
2、它候选算法在成为高级加密标准(AES)的竞争中取得成功,于2000年10月被NIST宣布成为取代DES的新一代的数据加密标准,即AES。尽管人们对AES还有不同的看法,但总体来说,Rijndael作为新一代的数据加密标准汇聚了强安全性、高性能、高效率、易用和灵活等优点。AES设计有三个密钥长度:128,192,256比特,相对而言,AES的128比特密钥比DES的56比特密钥强1021倍。对称密码算法根据对明文消息加密方式的不同可分为两大类,即分组密码和流密码。分组密码将消息分为固定长度的分组,输出的密文分组通常与输入的明文分组长度相同。AES算法属于分组密
3、码算法,它的输入分组、输出分组以及加/解密过程中的中间分组都是128比特。密钥的长度K为128,192或256比特。用Nk=4,6,8代表密钥串的字数(1字=32比特),在本文编制的程序中由用户选定。用Nr表示对一个数据分组加密的轮数(加密轮数与密钥长度的关系见表1)。每一轮都需要一个和输入分组具有同样长度(128比特)的扩展密钥Ke的参与。由于外部输入的加密密钥K长度有限,所以在AES中要用一个密钥扩展程序(KeyExpansion)把外部密钥K扩展成更长的比特串,以生成各轮的加密密钥。2、AES和DES的比较自DES算法1977年首次公诸于世以来,学术界
4、对其进行了深入的研究,围绕它的安全性等方面展开了激烈的争论。在技术上,对DES的批评主要集中在以下几个方面:(1)作为分组密码,DES的加密单位仅有64位二进制,这对于数据传输来说太小,因为每个分组仅含8个字符,而且其中某些位还要用于奇偶校验或其他通讯开销。(2)DES的密钥的位数太短,只有56比特,而且各次迭代中使用的密钥是递推产生的,这种相关必然降低密码体制的安全性,在现有技术下用穷举法寻找密钥已趋于可行。(3)DES不能对抗差分和线性密码分析。迄今为止,DES算法中的S盒8个选择函数矩阵的设计原理因美国政府方面的干预,不予公布。从这一方面严格地讲DES
5、算法并不是一个真正的公开加密算法。S盒设计中利用了重复因子,致使加密或解密变换的密钥具有多值性,造成使用DES合法用户的不安全性。而且,在DES加密算法的所有部件中,S盒是唯一的具有差分扩散功能的部件(相对于逐位异或),其它都是简单的位置交换,添加或删减等功能,毫无差分扩散能力。这样,DES的安全性几乎全部依赖于S盒,攻击者只要集中力量对付S盒就行了。(4)DES用户实际使用的密钥长度为56bit,理论上最大加密强度为256。DES算法要提高加密强度(例如增加密钥长度),则系统开销呈指数增长。除采用提高硬件功能和增加并行处理功能外,从算法本身和软件技术方面无
6、法提高DES算法的加密强度。相对DES算法来说,AES算法则解决了上述问题,主要表现在如下几方面:(1)运算速度快,在有反馈模式、无反馈模式的软硬件中,Rijndael都表现出非常好的性能。(2)对内存的需求非常低,适合于受限环境。(3)Rijndael是一个分组迭代密码,分组长度和密钥长度设计灵活。(4)AES标准支持可变分组长度,分组长度可设定为32比特的任意倍数,最小值为128比特,最大值为256比特。(5)AES的密钥长度比DES大,它也可设定为32比特的任意倍数,最小值为128比特,最大值为256比特,所以用穷举法是不可能破解的。在可预计的将来,如
7、果计算机的运行速度没有根本性的提高,用穷举法破解AES密钥几乎不可能。(6)AES算法的设计策略是宽轨迹策略(WideTrailStrategy,WTS)。WTS是针对差分分析和线性分析提出的,可对抗差分密码分析和线性密码分析。总之,AES算法汇聚了安全性、效率高、易实现性和灵活性等优点,是一种较DES更好的算法。经过对DES算法和AES算法的比较分析,我们可以得出结论,后者的效率明显高于前者,而且由于AES算法的简洁性,使得它的实现更为容易。AES作为新一代的数据加密标准,其安全性也远远高于DES算法。更为重要的是,AES算法硬件实现的速度大约是软件实现的
8、3倍,这就给用硬件实现加密提供了很好的机会。3、流密
