第11講分組密碼和S盒

1、密碼學 第十一講一口吃地球2014年3月27日2022-1-1密碼學課件1本講內容第四章 分組密碼1.分組密碼概念2.分組密碼的基本設計原則3.混亂部件：S盒2022-1-1密碼學課件2分組密碼概念2022-1-1密碼學課件3序列密碼回顧發(fā)送方接收方密鑰序列發(fā)生器（KG）密鑰序列發(fā)生器（KG）密鑰源（種子密鑰）K（種子密鑰）K（秘密信道）（秘密信道)（公共信道）序列密碼體制通信模型2022-1-1密碼學課件4分組密碼概念發(fā)送方接收方密鑰源（種子密鑰）K（種子密鑰）K（秘密信道）（秘密信道)（公共信道）分組密碼體制通信模型2022-1-1密碼學課件5序列與分組密碼比較上述明文分組長度和密文分組長

2、度均為n。在實際的分組密碼中，一般明文信號均取自0,1，且沒有擴展序列密碼與分組密碼的主要區(qū)別加密方式體制的內部結構(分組密碼無記憶)2022-1-1密碼學課件6分組密碼定義2022-1-1密碼學課件7分組密碼的基本設計原則2022-1-1密碼學課件8E恒等映射線性映射簡單映射分組密碼的基本設計原則2022-1-1密碼學課件9分組密碼的基本設計原則安全實用2022-1-1密碼學課件10針對實現(xiàn)的2個設計原則1.軟件實現(xiàn)的設計原則使用子塊和簡單的運算。要求子塊的數(shù)據長度能自然地適應軟件編程，比如8、16或32比特等；盡量避免按比特操作（如bit置換難于用軟件實現(xiàn)）。子塊上所進行的密碼運算應該是一

3、些易于軟件實現(xiàn)的運算，最好是用一些標準處理器所具有的那些基本指令，比如加法、乘法和移位等。 , ,& ,|,+2022-1-1密碼學課件11針對實現(xiàn)的2個設計原則2. 硬件實現(xiàn)的設計原則加密和解密應具有相似性（最好只是在密鑰的使用方式上存在不同，其余皆同），以便用同樣的器件來實現(xiàn)。盡量使用規(guī)則結構，且應符合國際的統(tǒng)一標準，以便適合于用超大規(guī)模集成電路來實現(xiàn)。2022-1-1密碼學課件12針對安全性的5個設計原則1.分組長度n要足夠大：防止查字典攻擊。常見的分組長度為64、128比特等。2.密鑰空間K要足夠大：以防止窮密鑰搜索攻擊。常見的密鑰長度為128、192、256比特等。3.安全強

4、度的穩(wěn)定性：部分密鑰被破譯后，分組密碼仍具有一定的抗攻擊能力。2022-1-1密碼學課件13針對安全性的5個設計原則4.混亂：要是密文和明文以及密鑰之間的依賴關系相當復雜，以至于這種依賴性對密文分析者來說是無法利用的。5.擴散：要使每一位密鑰數(shù)據影響一半以上的密文數(shù)據，以防止對密鑰進行逐段破譯；而且每一位明文數(shù)據也應該影響一半以上密文數(shù)據，以便隱蔽明文數(shù)字的統(tǒng)計特性。2022-1-1密碼學課件14針對密碼函數(shù)的攻擊模式已知明文攻擊已知密文攻擊選擇明文攻擊選擇密文攻擊2022-1-1密碼學課件15針對分組密碼現(xiàn)有的分析方法樸素密碼分析方法窮盡密鑰搜素攻擊字典攻擊查表攻擊時間存儲折中攻擊差分密碼分

5、析方法線性密碼分析方法相關密鑰密碼分析方法積分密碼分析，碰撞分析，代數(shù)攻擊，滑動攻擊，差值攻擊，相關密碼攻擊。2022-1-1密碼學課件16差分密碼分析簡介2022-1-1密碼學課件17分組密碼的基本設計原則2022-1-1密碼學課件18混亂密鑰。擴散混亂擴散混亂擴散明文密文2022-1-1密碼學課件192022-1-1密碼學課件202022-1-1密碼學課件21一個例子2022-1-1密碼學課件221001一個例子2022-1-1密碼學課件23于是，于是，S(010011)=010110一個例子2022-1-1密碼學課件24一個例子2022-1-1251001密碼學課件01011010110

6、11一個例子2022-1-1密碼學課件262022-1-1密碼學課件27再舉一個例子2022-1-1密碼學課件2801再舉一個例子2022-1-1密碼學課件29再舉一個例子2022-1-1密碼學課件30再舉一個例子2022-1-1密碼學課件31再舉一個例子2022-1-1密碼學課件32再舉一個例子2022-1-1密碼學課件33 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 141 27 50 51 90 59 16 23 84 91 26 114 115 107 442 102 73 31 36 19 108 55 46 63 74 93 15 64 863 37 81 28 4

7、 11 70 32 13 123 53 68 66 43 30 4 65 20 75 121 21 111 14 85 9 54 116 12 103 835 40 10 126 56 2 7 96 41 25 18 101 47 48 576 8 104 95 120 42 76 100 69 117 61 89 72 3 877 124 79 98 60 29 33 94 39 106 112 77 58 1 1098 110 99 24 119 35 5 38 118 0 49 45 122 127 979 80 34 17 6 71 22 82 78 113 62 105 67 52 9210 8