(现代密码学课件）02序列密码.ppt

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1、第二章流密码密码体制私钥密码公钥密码流密码分组密码RSA密码椭圆曲线密码1一、二进制与位运算二进制表示字符编码常用位运算位运算练习2二进制表示在现代密码算法中，我们通常需要将明文用二进制的明文流来表示，然后再对二进制的明文流加密。任何十进制数字都可以用二进制数字表示练习：将自己的学号的后三位用二进制数字表示（后面的练习还需要用到）3字符编码在现代的计算机储存和交换信息中，需要对每个字符和文字都用二进制编码ASCII编码：一个字节（8比特）长，包含了所有英文字母和一些标点符号的编码GBK编码：兼容ASCII编码，英文一个字节长，中

2、文两个字节长，国内制定的编码标准UTF-8编码：统一码（Unicode）的一种编码方案，包含世界上所有的文字。兼容ASCII编码，非英文的西方字符两个字节长，常用的中日韩文字三个字节长4常用位运算在密码算法中经常会使用一些位运算（或称为按比特运算）因此我们需要一些基本的位（bit）运算知识。下面的A和B在0和1中取值取反运算(NOT)：异或运算(XOR)：AB，逐位模2加法与运算(AND)：AB或者A·B，逐位相乘5位运算练习6二、流密码的基本概念分组密码(左)和流密码(右)的比较7流密码基本概念流密码(StreamCiph

3、er)是利用密钥k产生一个密钥流，用密钥流对明文流逐次作用进行加密，解密时以同样的密钥流对密文流实现。密钥流：z=z1z2…zi…明文流：m=m1m2…mi…，其中miM密文流：c=c1c2…ci…，其中ciC加密变换：ci=E(zi,mi)解密变换：mi=D(zi,ci)8流密码的分类密钥流由密钥流生成器产生：zi=f(k,σi)，其中σi是密钥生成器在时刻i的状态因此密钥流由函数f，密钥k和指定的初始状态σ0完全确定根据密钥生成器的状态是否依赖于输入的明文流，可以将流密码分为两种自同步流密码(SelfSynchronou

4、sStreamCipher)：σi依赖于明文字符同步流密码(SynchronousStreamCipher)：σi独立于明文字符9自同步流密码自同步流密码SSSC(Self-SynchronousStreamCipher)i依赖于(kI,i-1,mi)，使密文ci不仅与当前输入mi有关，而且由于ki对i的关系而与以前的输入m1,m2,…,mi-1有关。一般在有限的n级存储下将与mi-1,…,mi-n有关。优点：具有自同步能力，强化了其抗统计分析的能力缺点：有n位长的差错传播。10同步流密码同步流密码SSC(Synchron

5、ousStreamCipher)：i与明文消息无关，密钥流将独立于明文。特点：对于明文而言，这类加密变换是无记忆的。但它是时变的。只有保持两端精确同步才能正常工作。对主动攻击时异常敏感而有利于检测无差错传播(ErrorPropagation)本课程中主要关注同步流密码11同步流密码模型信道ciD(zi,ci)cimiE(zi,mi)mi密钥流生成器zizi密钥流生成器kk安全信道12同步流密码结构在同步流密码中，由于zi=f(k,σi)与明文字符无关，因而此时密文字符ci=E(zi,mi)也不依赖于此前的明文字符。因此，可将同

6、步流密码的加密器分成密钥流产生器和加密变换器两个部分。二元加法流密码是目前最为常用的流密码体制，其加密变换可表示为ci=E(zi,mi)=mizi。13流密码的特点安全性：当密钥流是具有均匀分布的离散无记忆随机序列时,在理论上是不可破译的.困难性：真正的具有均匀分布的随机序列是不可能重复产生的。密钥流长(至少与明文流一样长),其管理(存储、分配)难.核心问题：密钥流生成器的设计。14三、密钥流生成器流密码加密器密钥流生成器加密变换器（二元加法流密码）线性部分非线性部分15有限状态自动机有限状态自动机(finite-statea

7、utomaton)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

8、i=1,2,…,l}有限输入字符集X={xj

9、j=1,2,…,m}有限输出字符集Y={yk

10、k=1,2,…,n}转移函数yk＝f1(si,xj)sh＝f2(si,xj)在si状态输入xj∈X，输出yk∈Y，且变成sh状态16有限状态自动机：例子S={s1,s2,s3},X={x1,x2,x3},Y=(y1,y2,y3)转移函数f1x1x2x3s1s2s3y1y2y3y3y1y2y2y3y1f2x1x2x3s1s2s3s2s3s1s1s

11、2s3s3s1s217有限状态自动机：转移图对于前面的例子，可以用右边的转移图来表示该有限状态自动机若输入为x1x2x1x3x3x1初始状态s1则输出为y1y1y2y1y3y118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的有限状态自动机输出集Z，状