上海交大密码学课件--第七讲现代分组密码(续1).ppt

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1、密码学第七讲现代分组加密算法S-DESDESIDEA上海交通大学郑东第七讲分组密码理论--DES7.1S-DES7.2DES7.3IDEA7.1.1简化的DESSimplifiedDES方案，简称S-DES方案。它是一个供教学而非安全的加密算法，它与DES的特性和结构类似，但参数小。注：1.*加密算法涉及五个函数：(1)初始置换IP(initialpermutation)(2)复合函数fk1，它是由密钥K确定的，具有转换和替换的运算。(3)转换函数SW(4)复合函数fk2(5)初始置换IP的逆置换IP-110bit密钥解密8bit明文P108bit明文IP移位IP-1P8

2、fkfkSWSW移位P8fkfkIPIP-18bit密文8bit密文K2K2K1K1S-DES方案示意图加密7.1.2加密算法的数学表示：IP-1*fk2*SW*fk1*IP也可写为密文=IP-1（fk2(SW(fk1(IP(明文)))))其中K1=P8(移位(P10(密钥K)))K2=P8(移位(移位(P10(密钥K))))解密算法的数学表示：明文=IP-1（fk1(SW(fk2(IP(密文)))))7.1.3算法描述（1）S-DES的密钥生成：设10bit的密钥为（k1,k2,…,k10)置换P10是这样定义的P10(k1,k2,…,k10)=(k3,k5,k2,k7,k4,

3、k10,k1,k9,k8,k6)P8=(k1,k2,…,k10)=(k6,k3,k7,k4,k8,k5,k10,k9)LS-1为循环左移1位，LS-2为循环左移2位按照上述条件,若K选为(1010000010),产生的两个子密钥分别为K1=(10100100),K2=(01000011)7.1.4S-DES的密钥生成P10LS-1LS-1LS-2LS-2P8P8K185555810bit密钥S-DES的加密运算:初始置换用IP函数:IP=1234567826314857末端算法的置换为IP的逆置换:IP-1=1234567841357286易见IP-1(IP(X))=X7.1.5

4、S-DES加密图IPE/P+S0S1P4+LR4K1844fkF48bit明文E/P+S0S18K2P4+IP-14844fkF44228SW函数fk，是加密方案中的最重要部分，它可表示为：fk(L,R)=(LF(R,SK),R)其中L，R为8位输入,左右各为4位,F为从4位集到4位集的一个映射,并不要求是1-1的。SK为子密钥。对映射F来说：首先输入是一个4-位数（n1,n2,n3,n4），第一步运算是扩张/置换（E/P）运算：E/P41232341事实上，它的直观表现形式为：n4n1n2n3n2n3n4n18-bit子密钥：K1=(k11,k12,k13,k14,k15,k1

5、6,k17,k18),然后与E/P的结果作异或运算得：n4+k11n1+k12n2+k13n3+k14n2+k15n3+k16n4+k17n1+k18把它们重记为8位：P0,0P0,1P0,2P0,3P1,0P1,1P1,2P1,3上述第一行输入进S-盒S0，产生2-位的输出；第二行的4位输入进S盒S1，产生2-位的输出。两个S盒按如下定义：S盒按下述规则运算：将第1和第4的输入比特做为2-bit数，指示为S盒的一个行；将第2和第3的输入比特做为S盒的一个列。如此确定为S盒矩阵的（i,j）数。例如：（P0,0,P0,3）=(00),并且(P0,1,P0,2)=(10)确定了S0中的

6、第0行2列（0，2）的系数为3，记为（11）输出。由S0,S1输出4-bit经置换P42431它的输出就是F函数的输出。Rijndael内在的迭代结构会显示良好的潜能来防御入侵行为。S-DES的安全性分析对10bit密钥的强行攻击是可行的密钥空间：2^10=1024密码分析：利用已知明文攻击：已知:明文（p1,p2,……,p8),及对应的密文（c1,c2,……,c8),未知：(k1,k2,……，k10)Ci是pj’s和kj’s的函数这些加密算法可以表示成8个含10个变量的非线性方程非线性是由S盒作用的结果S0的非线性表示如下：设a,b,c,d为输入的4个比特，输出的两个比特分别为q

7、,r.则q=abcd+ab+ac+b+dmod2r=abcd+abd+ab+ac+ad+a+c+1mod2线性映射与非线性映射交替产生了复杂的密文比特输出函数，使得密码分析很困难。（可以试图寻找8个密文比特的复杂度）7.2数据加密标准（DES)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。7.2DES的描述DES利用56比