对称密码体制.ppt

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1、2021/10/3Page:1对称密码体制杨秋伟湖南大学计算机与通信学院2021/10/3Page:2对称密码体制对称密码体制的特征加密密钥和解密密钥相同对称密码体制的主要研究课题密钥的产生密钥的管理加密器EK解密器DK密文明文明文K密钥产生器K2021/10/3Page:3对称密码体制组成流密码分组密码数据加密标准(DES)高级加密标准(AES)2021/10/3Page:4流密码：流密码引论流密码是将明文划分成字符(如单个字母)，或其编码的基本单元(如按位)，字符分别与密钥流作用进行加密，解密时

2、以同步产生的同样的密钥流实现。流密码强度完全依赖于密钥序列的随机性(Randomness)和不可预测性(Unpredictability)。核心问题是密钥流的产生——密钥流生成器的设计保持收发两端密钥流的精确同步是实现可靠解密的关键技术2021/10/3Page:5流密码：流密码的基本概念流密码的基本思想：假设存在着明文串x=x0x1x2…利用密钥k和密钥流发生器f产生一个密钥流z=z0z1z2…。其中，zi=f(k,δi)，δi是加密器中的记忆元件在时刻i的状态，f是以密钥k和δi作为输入参数的函

3、数；加密：y=y0y1y2…=Ez0(x0)Ez1(x1)Ez1(x1)…；内部记忆元件yi=Ezi(xi)xiyik2021/10/3Page:6流密码：同步流密码同步流密码：加密器中记忆元件的存储状态δi独立于明文字符。同步流密码加密器密钥流产生器加密变换器加密变换器一般采用二元逻辑运算XOR，即有限域GF(2)上讨论的二元加密流密码，变换表示为：yi=zi⊕xi一次一密乱码本是加法流密码的原型2021/10/3Page:7流密码：流密码的密钥流产生器密钥流产生器的内涵输入：密钥k和加密器中的记

4、忆元件在时刻i的状态δi；输出：密钥流zi状态δi密钥k状态δi+1密钥流zi2021/10/3Page:8流密码：密钥流生成器的设计原则足够长的周期高线性复杂度统计性能良好足够的“混乱”强调密钥的作用，增加密钥与密文之间关系的复杂性足够的“扩散”小扰动的影响波及到全局密文没有统计特征，明文一位影响密文的多位，增加密文与明文之间关系的复杂性抵抗不同形式的攻击2021/10/3Page:9流密码：有限状态自动机(FA)具有离散输入和输出(输入集和输出集均有限)的一种数学模型有限状态集S={si

5、i=1

6、,2,…,l}有限输入字符集X={Xi

7、i=1,2,…,m}有限输出字符集Y={Yk

8、k=1,2,…,n}转移函数Yj＝f1(sj,Xj)Sj+1＝f2(sj,Xj)即在状态sj，输入字符Xj时，输出为Yj，状态转移为Sj+1。2021/10/3Page:10流密码：有限状态自动机举例例一S={s1,s2,s3},X={x1,x2,x3},Y={y1,y2,y3}转移函数f1x1x2x3s1s2s3y1y2y3y3y1y2y2y3y1f2x1x2x3s1s2s3s2s3s1s1s2s3s3s1s22

9、021/10/3Page:11流密码：有限状态自动机举例若输入为x1x2x1x3x3x1初始状态s1输出为y1y1y2y1y3y12021/10/3Page:12流密码：基于FA的密钥流产生器同步流密码的密钥流产生器可看为一个参数为k的FA：输出集Z，状态集Σ，状态转移函数φ和输出函数ψ，初态0设计的关键是φ(phifai)和ψ(psipsai)φiψkkzi2021/10/3Page:13流密码：基于FA的密钥流产生器一个良好的密钥流产生器极大的周期良好的统计特性抗线性分析抗统计分析具有非线性

10、的φ的FA理论很不完善，通常采用线性φ以及非线性的ψ。可将此类产生器分为驱动部分和非线性组合部分。驱动部分控制状态转移非线性组合部分提供统计特性良好的序列2021/10/3Page:14流密码：两种常见的密钥流产生器LFSR非线性组合函数ziLFSR1LFSR2LFSR3非线性组合函数ziLFSR：线性反馈移位寄存器——流密码产生密钥流的主要组成部分。2021/10/3Page:15流密码：反馈移位寄存器的概念基本概念级数(Stages)：存储单元数n状态(State)：n个存储单元的存数(ki,…

11、,ki+n-1)反馈函数：f(ki,ki+1,…,ki+n-1)是状态(ki,…,ki+n-1)的函数线性反馈移位寄存器(LFSR)：f为线性函数非线性反馈移位寄存器：f为非线性函数2021/10/3Page:16流密码：反馈移位寄存器f(ki,ki+1,…,ki+n-1)ki+n-1ki+n-2ki+1kiki+n输出序列寄存移位反馈2021/10/3Page:17流密码：线性反馈移位寄存器f(x)为线性函数，输出序列满足下式ki+n-1ki+n-2ki+1kicn