对称密码学及其应用-02第四章 典型分组密码算法

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1、《对称密码学及其应用》北京邮电大学《对称密码学及其应用》第四章典型分组密码算法计算机学院李晖lihuill@bupt.edu.cn北邮信息安全中心北邮计算机学院1《对称密码学及其应用》第四章典型分组密码算法分组密码算法的结构DES算法AES算法IDEA算法RC5算法北邮信息安全中心北邮计算机学院2《对称密码学及其应用》本次课程目标复习分组密码算法的结构掌握IDEA算法的设计思路掌握RC5算法的设计思路北邮信息安全中心北邮计算机学院3《对称密码学及其应用》3.3分组密码的整体结构SPN结构Shannon提出是一种采用混乱和扩散的迭代密码结构属

2、于乘积密码AES,SAFER和SHARK等著名的密码算法都采用此结构北邮信息安全中心北邮计算机学院4《对称密码学及其应用》3.3分组密码的整体结构Feistel结构由IBM公司的HorstFeistel在20世纪60年代末设计Lucifer分组密码时发明的在Lucifer密码的基础上，IBM提出的算法中标美国国家标准局（NBS）公开征集的标准密码算法，即DES算法许多分组密码也都采用了Feistel结构，如Blowfish、E2、FEAL、GOST、LOKI和RC5等北邮信息安全中心北邮计算机学院5《对称密码学及其应用》IDEA简介作者：瑞士的Xuej

3、iaLai和JamesMassey1990年公布了IDEA密码算法第一版，称为PES(ProposedEncryptionStandard)。为抗击差分密码攻击，他们增强了算法的强度，称IPES（ImprovedPES)，并于1992年改名为IDEA（InternationalDataEncryptionAlgorithm，国际数据加密算法。）北邮信息安全中心北邮计算机学院6《对称密码学及其应用》IDEA(Cont.)IDEA是对称、分组密码算法，输入明文为64位，生成的密文为64位；设计目标从两个方面考虑加密强度易实现性密钥长度为128位（抗强力

4、攻击能力比DES强）同一算法既可加密也可解密。IDEA的“混淆”和“扩散”设计原则来自三种运算，它们易于软、硬件实现（加密速度快）北邮信息安全中心北邮计算机学院7《对称密码学及其应用》IDEA简介(Cont.)IDEA能抗差分分析和相关分析；IDEA似乎没有DES意义下的弱密钥；IDEA是PGP的一部分；IDEA是TETRA端到端加密的一部分；北邮信息安全中心北邮计算机学院8《对称密码学及其应用》IDEA简介(Cont.)异或运算（）16整数模2加（+）16整数模2+1乘（）(IDEA的S盒）扩散由称为MA结构的算法基本构件提供。F1F2Z5Z

5、6G1G2北邮信息安全中心北邮计算机学院9《对称密码学及其应用》补充：.的伪代码1.if(a=0)162.r(0x10001-b)(因为2b=-b)3.elseif(b=0)164.r(0x10001-a)(因为2a=-a)5.else{6.cab;7.r((cAND0xffff)-(c>>16)）;8.ifr<0r(0x10001+r);9.}10.return(rand0xffff)北邮信息安全中心北邮计算机学院10《对称密码学及其应用》伪代码的解释3216设c=ab=c0▪2+cH▪2+cL16其中c0∈{0，1}；0≤cH，cL＜216为了

6、计算c’=cmod(2+1)16对于a=b=2时，c0=1，cH=cL=0而且c’=(-1)(-1)=1;否则c=0；0因此，如果cH≤cL，则c’=cL-cH+c0；16如果cH＞cL，则c’=cL-cH+(2+1)；北邮信息安全中心北邮计算机学院11《对称密码学及其应用》IDEA简介(Cont.)实现上的考虑使用子分组：16bit的子分组；使用简单操作（易于加法、移位等操作实现）加密解密过程类似；规则的结构（便于VLSI实现）。北邮信息安全中心北邮计算机学院12《对称密码学及其应用》IDEA加密的总体方案图64位明文Z1128位密钥循环1Z6Z

7、7子密钥生成器循环2Z12……16Z43循环8Z48Z1Z52Z49输出变换Z5264位密文北邮信息安全中心北邮计算机学院13《对称密码学及其应用》北邮信息安全中心北邮计算机学院14《对称密码学及其应用》IDEA的一轮运算北邮信息安全中心北邮计算机学院15《对称密码学及其应用》IDEA的密钥生产52个16bit的子密钥从128bit的密钥中生成前8个子密钥直接从密钥中取出；对密钥进行25bit的循环左移，接下来的密钥就从中取出；重复进行直到52个子密钥都产生出来。北邮信息安全中心北邮计算机学院16《对称密码学及其应用》IDEA的密钥生产52个16bit的子

8、密钥从12