分组密码算法的研究与设计

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1、中图分类号：TP309论文编号：102871614-S013学科分类号：081200硕士学位论文分组密码算法的研究与设计研究生姓名时阳阳学科、专业计算机科学与技术研究方向信息安全指导教师黄玉划副教授南京航空航天大学研究生院计算机科学与技术学院二一四年六月万方数据万方数据NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofComputerScienceandTechnologyResearchandDesignof

2、BlockCipherAlgorithmsAThesisinComputerScienceandTechnologybyShiYangyangAdvisedbyAssociateProfessorHuangYu-huaSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJune,2014万方数据万方数据承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加

3、以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：万方数据万方数据南京航空航天大学硕士学位论文摘要分组密码是密码学中的一个研究热点，在实现数据加密、消息鉴别、认证及密钥管理中有着广泛的应用。随着DES的颁布实施，分组密码成为密码学中

4、两个基本研究方向之一。随后，分组密码的设计与分析在AES计划和NESSIE计划中又得到了广泛而深入的研究。而在SHA-3计划中，一半以上的Hash函数的设计都借鉴了分组密码的设计思想，而这一举动势必会推进分组密码的进一步发展。本文通过研究现有的分组密码，设计了一个普通分组密码和一个轻量级分组密码。SHACAL-2算法是当时入选NESSIE的四个分组密码算法中的分组长度和密钥长度最长的，适用于一般的网络与信息系统安全中。本文为了加快SHACAL-2的扩散和混乱，对该算法从修改密钥扩展函数和修改迭代函数两方

5、面做了修改。通过依赖性测试表明改进后的算法提前一轮14实现雪崩效应。模差分攻击分析表明，该算法的18步差分攻击的时间复杂度由O(2)提高到27O(2)。效率测试表明改进后的算法效率也有略微提高。RC6入围了美国AES征集活动和欧洲NESSIE分组密码征集决赛。近来RC6因其自身的特点也用在了数字图像、云环境中。分组密码算法RC6要6轮加密可充分满足雪崩效应。本文通过互换RC6算法轮函数中的两个字母，使其提前一轮实现雪崩效应，并且通过卡方测试和差分分析表明算法的安全性也有所提高。由于修改后的算法与RC6的

6、差异只是交换了2个字母，所以修改后算法的效率与RC6相当。AES为新的数据加密标准，对其的研究与分析一直是密码学中的一个热点。本文通过借鉴AES算法设计思想，设计了一个适用于一般网络与信息安全系统中的普通分组密码FWTS。FWTS算法的整体结构采用Feistel结构。通过依赖性测试、差分分析和不可能差分分析表明FWTS满足现代分组密码的安全性要求。通过效率测试FWTS的加密效率要高于AES。本文通过借鉴PRESENT算法的设计思想，设计了一个轻量级分组密码SFP。SFP算法的整体结构采用了Feistel

7、结构。通过依赖性测试、线性分析、差分分析和密钥编排攻击表明SFP算法满足轻量级分组密码的安全要求，并且其硬件实现需要1355GE，也满足资源受限环境的需求。通过效率测试SFP算法的软件实现效率约为PRESENT算法的2倍。关键词：分组密码，轻量级分组密码，SHACAL-2，RC6，AES，PRESENTI万方数据分组密码算法的研究与设计ABSTRACTIncryptography,blockcipherisahotspotandithasbeenwidelyusedindataencryption,me

8、ssageauthentication,authenticationandkeymanagement.WiththeenactmentofDES,blockcipherbecomeoneofthetwobasicresearchofcryptography.PeoplehadathoroughresearchindesignandanalysisofblockcipherinAESandNESSIEplans.InSHA-3plan,mor