对称密码学及其应用 第4章 典型分组密码算法

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1、第四章典型分组密码算法DES算法IDEA算法RC5算法AES算法DES算法DES的历史1971IBM，由HorstFeistel领导的密码研究项目组研究出LUCIFER算法。并应用于商业领域。1973美国标准局征求标准，IBM提交结果，在1977年，被选为数据加密标准。DES利用56比特串长度的密钥K来加密长度为64位的明文，得到长度为64位的密文DES的描述该算法主要步骤：将64位明文分组送入初始置换（IP，InitialPermutation）函数。对明文进行初始置换。初始置换产生转换块的两半，假设为左明文（LPT）和右明文（RPT）。每个左明文与右明文用各自的密钥经过16轮加密过程。

2、将左明文与右明文重接起来，对组成的块进行最终置换（FP，FinalPermutation）。这个过程的结果得到64位密文。DES主要步骤IP-初始置换最终转换（FP）DES的一轮异或与交换DES轮函数F（）DES加密的一个例子取16进制明文X：0123456789ABCDEF密钥K为：133457799BBCDFF1去掉奇偶校验位以二进制形式表示的密钥是00010010011010010101101111001001101101111011011111111000应用IP，我们得到：L0=11001100000000001100110011111111L1=R0=111100001010

3、10101111000010101010然后进行16轮加密。最后对L16,R16使用IP-1得到密文：85E813540F0AB405DES的设计思想和特点DES的核心是S盒，除此之外的计算是属线性的。S盒作为该密码体制的非线性组件对安全性至关重要。S盒的设计准则：1.S盒不是它输入变量的线性函数2.改变S盒的一个输入位至少要引起两位的输出改变3.对任何一个S盒，如果固定一个输入比特，其它输入变化时，输出数字中0和1的总数近于相等。DES的安全性对DES的批评主要集中在以下几点：DES的密钥长度（56位）可能太小。DES的迭代次数可能太少。S盒中可能有不安全因素。DES的一些关键部分不

4、应当保密。3DESIDEA简介瑞士的XuejiaLai和JamesMassey于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。）IDEA(Cont.)IDEA是一个分组长度为64位的分组密码算法，密钥长度为128位（抗强力攻击能力比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、

5、硬件实现（加密速度快）：IDEA简介(Cont.)IDEA是PGP的一部分；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；BruceSchneier认为IDEA是DES的最好替代，但问题是IDEA太新，许多问题没解决。IDEA简介(Cont.)异或运算（）整数模216加（+）整数模216+1乘（）(IDEA的S盒）扩散由称为MA结构的算法基本构件提供。Z6F2F1Z5G1G2IDEA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）。IDEA加密的总体方案图循环2循环

6、8循环1输出变换64位密文64位明文Z1Z6Z7Z12Z43Z48Z49Z52子密钥生成器128位密钥Z1Z5216IDEA的密钥生产56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。IDEA的解密加密解密实质相同，但使用不同的密钥；解密密钥以如下方法从加密子密钥中导出：解密循环I的头4个子密钥从加密循环10－I的头4个子密钥中导出；解密密钥第1、4个子密钥对应于1、4加密子密钥的乘法逆元；2、3对应2、3的加法逆元；对前8个循环来说，循环I的最后两个子密钥等于加密循环

7、9－I的最后两个子密钥；RC5加密算法作者为RonRivest算法特点三个参数参数w：表示字长，RC5加密两字长分组，可用值为16、32、64参数r：表示轮数，可用值0,1,…,255参数b：表示密钥K的字节数，可用值0,1,…,255RC5版本：RC5-w/r/b算法作者建议标定版本为RC5-32/12/16RC5加密算法三个基本运算字的加法，模2w+按位异或⊕左循环移位<<<算法：A=A+S[0]；B=B+S[1]；