密码学hash函数的设计和应用研究

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1、RESEARCHONDESIGNANDAPPLICATIONOFCRYPTOGRAPHICHASHFUNCTIONSByBoYANGSupervisor：Prof．ZhengmingHUPRESENTEDTOTHEFACUITYOFBEIJn叮GUNIVERSITYoFPoSTS&TELECOMMUNICATIONSINCANDIDACYFoRTHEDEGREEOFDOCTOROFPHILOSOPHYRECOMMENDEDFORACCEPTANCEBYSCHOOLOFINFORMATIoNENGINEERING本人尽我所知已经发表或证书而作了明确申请关于论文使用授权的说

2、明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后遵守此规定)保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。本人签名：鲤邂日期：缒．笸：互!导师签名：Zl=!垒爰日期：翌登：笪：垒[密码学Hash函数的设计和应用研究摘要密码学H

3、ash函数在密码学中扮演着越来越重要的角色，它们在很多密码学应用中是一个非常重要的原语，许多密码学原语和协议依赖于Hash函数的安全。由于对Hash函数的成功攻击，Hash函数的研究已成为一个最重要、最活跃、最富有挑战性的研究领域。我们的研究工作是在这一背景下展开的，本文的一个主要研究方向就是Hash函数的设计研究，同时进行了一些Hash函数的应用研究。作者的主要研究成果如下：1、总结了对Hash函数的攻击分析方法，从对Hash函数分析层次的角度将Hash函数的分析方法归纳为一般攻击方法、迭代结构攻击方法和对压缩函数的攻击方法。归纳分析了Hash函数的基本设计框架，从抵

4、抗不同攻击分析的角度归纳了Hash函数的各种设计思路。2、在总结MD4．系列的两种消息扩展方案的基础上，从效率和安全性上考虑，提出了用具有强扩散的步函数进行消息扩展的第三种消息扩展思想。3、设计了一个新的压缩函数Shuttle用来构造安全、高效的Hash函数。Shuttle将512比特的消息块和256比特的链接变量映射到一个256比特的输出。其主要的创新点在于它的步函数和结构。一个新的步函数设计来提供快速的雪崩效果，一个新颖的双线结构设计来提供高级别的安全性。通过我们直到目前的分析，我们认为Shuttle能够抵抗所有的对压缩函数的攻击。基于Shuttle和MD迭代结构，

5、构造了一个Hash函数，试验结果表明新的Hash函数在软件实现上比SHA．256快87％。4、将经典的MD迭代设计方案和耦合映像格子系统相结合，提出了一个新的基于耦合映像格子的Hash函数OCMLHash。通过定义一个新的浮点数存储表示和相应的基本运算，我们提出的构造能够使用移位、加法等基本的对32位字的运算来完成混沌计算并输出Hash值。与现有的基于混沌的Hash函数相比较，这个构造不需要在无符号整数和浮点数之间进行反复的类型转换，减少了类型转换的时间开销；避免了在不同的计算环境下实现的Hash函数将同一个消息压缩成不同Hash值的可能性；对消息按字来进行处理，提高了

6、压缩效率。新的Hash函数同样保持了混沌系统的不可逆性、初值敏感性等特征。5、研究了Hash链及基于Hash链的承诺，分析了一个新的基于Hash链的电子拍卖方案的安全缺陷，设计了一个改进的基于Hash链的电子拍卖方案，并对方案的安全性进行了讨论。6、研究了变色龙Hash函数，提出了一个新的强指定多个验证者的签名方案，并对方案的安全性和效率进行了讨论。关键词Hash函数SHA．256算法压缩函数消息扩展差分分析碰撞攻击ll1．Attackanalysismethodsofhashfunctionsweresummarized．Intheauthor’Sopinion，th

7、eattackanalysisofhashfunctioncanbeseenfromthreedifferentlayers：1stthegeneralizeattacktechnique；2ndtheonetoiteratedstructure；3rdtheonetocompressionfunction．Moreover,thebasicdesigninfrastructureofhashfunctionwasanalyzed．Inaddition，theideasofdesigninghashfunctionforresisting