基于信源概率分布的加密哈希函数设计

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1、目录5．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯42致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．45攻读学位期间的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．48Vl第1章引言第1章引言1．1研究背景及意义全球网络化的发展标志着人类进入了信息社会。信息作为一种资源，它的普遍性、共享性、增值性、可处理性和多效用性，使其对于人类具有特别重要的意义【11。信息安全的

2、实质就是要保护信息系统或信息网络中的信息资源免受各种类型的威胁、干扰和破坏，即保证信息的安全性。根据国际标准化组织的定义，信息安全性的含义主要是指信息的完整性、可用性、保密性和可靠性。信息安全得到国家、政府、部门和各个行业的极大重视，是一个不容忽视的国家安全战略。在众多通信方式中，无线网络由于其无线特征被广泛运用，与此同时，因为无线网络中传送的数据是利用无线电波在空中辐射传播，它的数据安全性成了最重要的问题。信息认证技术在无线通信安全中占据重要地位，它通过数字签名、消息摘要以及身份认证理论和技术实现信息完整性检测，保护信息的

3、抗否认性。信息认证技术包含信源、信宿、消息完整性、消息的序号和时间等方面，好的信息认证技术使得接收方在收到发送方的报文时，能够验证收到的报文是真实且未被篡改，这包含两个含义：一个是验证信息的发送者是真正合法的而不是冒充的，即数据起源认证；二是验证信息在传送过程中未被篡改、重放或延迟等，即数据安全认证。信息认证的检验内容应包括：证实报文的信源、信宿、报文内容是否遭到偶然或有意的篡改、报文的序号是否正确、报文的到达时间是否在指定的期限内等。总之，信息认证使接收者能识别报文的源、内容的真伪、时间有效性等，这种认证只在相互通信的双方

4、之间进行，而不允许第三者进行上述认证。数据的完整性可以通过消息认证模式来保证，一个消息认证方案是由一个三元组(K，丁，矿)组成：K代表密钥生成算法，用于随机生成密钥k；T代表标签算法，由密钥k及消息M生成标签6=正(M)；V代表验证算法，由密钥七、消息M和标签6验证通信过程是否保证了数据的完整性，输出1位d=YAM，6)。要求对于明文空间中的所有消息M满足：当6=Vk(M)时，输出d=1，代表数据的完整性；否则输出d=0，代表数据被更改，通信过程不安全。从消息认证方案可以看出，通信过程中三元组中的标签算法丁的好与坏尤为关键，

5、关系到整第1章引言个通信过程是否安全，加密哈希函数算法就属于标签算法丁。通常，在通信过程中，为了检验信息或文档的完整性，利用加密哈希函数将需要发送的信息生成一个摘要信息，发送者将原信息和摘要一起发送给接收者，接收者收到信息后再次运行加密哈希函数得到新的摘要。如果该摘要与收到的摘要一样，说明信息未被篡改；如果不一样，说明信息被篡改，通信过程不安全。加密哈希函数必须是单向函数，即根据信息可以计算出相应的哈希值，但是无法通过特定的哈希值恢复其对应的原始消息。加密哈希函数需要满足以下三个标准：原像计算困难性、第二原像计算困难性和抗碰

6、撞性，符合这些标准的加密哈希函数在信息安全领域有着非常广泛的应用。加密哈希函数算法是公开的，对于攻击者来说也一样，攻击者只需要截取信息，也可以计算得到信息的摘要值。加密哈希函数是从一个可变大小的信息创建一个固定大小的摘要，减少了安全传输数据量的大小，这种函数的创建最好用迭代来完成，即在创建摘要时重复使用一个压缩函数，这种方案称为迭代加密哈希函数。在设计压缩函数时，有两种不同的方法，即从scratch制得压缩函数；或者利用已有的分组密码构造压缩函数。在通信物理层传输的研究中，哈夫曼【】J利用信源信息的概率分布设计出了最优的信源

7、编码，成功实现最小的信息冗余度。受到物理层方法的启发，考虑将信源信息的概率分布应用于加密哈希函数设计中，一般来说，现在的文献都假设需要发送的信息为随机等概率发生，并未考虑发送信息的真实概率分布问题。实际上，发送信息的概率分布可以通过长期观察统计获得，而且在某些特定的情况下，信息概率分布也符合一些常用的分布类型。如果利用信息的不等概分布，将少量的发生概率大的信息对应于一个消息摘要，而将大量的发生概率小的信息对应于一个消息摘要，虽然这样的不均匀分布导致要寻找可以替换发生概率小的信息更容易，且可能造成总体寻找碰撞成功概率升高，但是

8、由于该信息很有可能不是需要发送的信息，相比之下攻击成功的概率是可能减少的，所以将信源概率分布信息加入考虑范围中很有必要。如果能够设计出优化的加密哈希函数，该函数可以建立一个最优的映射关系，将攻击成功的概率降到最低，使得新加密哈希函数的安全性能优于传统加密哈希函数，这将大大提高通信传输过程的