第11講 分組密碼和S盒

1、密碼學(xué) 第十一講一口吃地球2014年3月27日2022-3-7密碼學(xué)課件1本講內(nèi)容第四章 分組密碼1.分組密碼概念2.分組密碼的基本設(shè)計(jì)原則3.混亂部件：S盒2022-3-7密碼學(xué)課件2分組密碼概念2022-3-7密碼學(xué)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2022-3-7密碼學(xué)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2022-3-7密碼學(xué)課件5序列與分組密碼比較上述明文分組長(zhǎng)度和密文分組長(zhǎng)

2、度均為n。在實(shí)際的分組密碼中，一般明文信號(hào)均取自0,1，且沒(méi)有擴(kuò)展序列密碼與分組密碼的主要區(qū)別加密方式體制的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(分組密碼無(wú)記憶)2022-3-7密碼學(xué)課件6分組密碼定義2022-3-7密碼學(xué)課件7分組密碼的基本設(shè)計(jì)原則2022-3-7密碼學(xué)課件8E恒等映射線性映射簡(jiǎn)單映射分組密碼的基本設(shè)計(jì)原則2022-3-7密碼學(xué)課件9分組密碼的基本設(shè)計(jì)原則安全實(shí)用2022-3-7密碼學(xué)課件10針對(duì)實(shí)現(xiàn)的2個(gè)設(shè)計(jì)原則1.軟件實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)原則使用子塊和簡(jiǎn)單的運(yùn)算。要求子塊的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度能自然地適應(yīng)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(shí)現(xiàn)）。子塊上所進(jìn)行的密碼運(yùn)算應(yīng)該是一

3、些易于軟件實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算，最好是用一些標(biāo)準(zhǔn)處理器所具有的那些基本指令，比如加法、乘法和移位等。 , ,& ,|,+2022-3-7密碼學(xué)課件11針對(duì)實(shí)現(xiàn)的2個(gè)設(shè)計(jì)原則2. 硬件實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)原則加密和解密應(yīng)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(lái)實(shí)現(xiàn)。盡量使用規(guī)則結(jié)構(gòu)，且應(yīng)符合國(guó)際的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，以便適合于用超大規(guī)模集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。2022-3-7密碼學(xué)課件12針對(duì)安全性的5個(gè)設(shè)計(jì)原則1.分組長(zhǎng)度n要足夠大：防止查字典攻擊。常見(jiàn)的分組長(zhǎng)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(jiàn)的密鑰長(zhǎng)度為128、192、256比特等。3.安全強(qiáng)

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。2022-3-7密碼學(xué)課件13針對(duì)安全性的5個(gè)設(shè)計(jì)原則4.混亂：要是密文和明文以及密鑰之間的依賴關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，以至于這種依賴性對(duì)密文分析者來(lái)說(shuō)是無(wú)法利用的。5.擴(kuò)散：要使每一位密鑰數(shù)據(jù)影響一半以上的密文數(shù)據(jù)，以防止對(duì)密鑰進(jìn)行逐段破譯；而且每一位明文數(shù)據(jù)也應(yīng)該影響一半以上密文數(shù)據(jù)，以便隱蔽明文數(shù)字的統(tǒng)計(jì)特性。2022-3-7密碼學(xué)課件14針對(duì)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2022-3-7密碼學(xué)課件15針對(duì)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(shí)間存儲(chǔ)折中攻擊差分密碼分

5、析方法線性密碼分析方法相關(guān)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(dòng)攻擊，差值攻擊，相關(guān)密碼攻擊。2022-3-7密碼學(xué)課件16差分密碼分析簡(jiǎn)介2022-3-7密碼學(xué)課件17分組密碼的基本設(shè)計(jì)原則2022-3-7密碼學(xué)課件18混亂密鑰。擴(kuò)散混亂擴(kuò)散混亂擴(kuò)散明文密文2022-3-7密碼學(xué)課件192022-3-7密碼學(xué)課件202022-3-7密碼學(xué)課件21一個(gè)例子2022-3-7密碼學(xué)課件221001一個(gè)例子2022-3-7密碼學(xué)課件23于是，于是，S(010011)=010110一個(gè)例子2022-3-7密碼學(xué)課件24一個(gè)例子2022-3-7251001密碼學(xué)課件01011010110

6、11一個(gè)例子2022-3-7密碼學(xué)課件262022-3-7密碼學(xué)課件27再舉一個(gè)例子2022-3-7密碼學(xué)課件2801再舉一個(gè)例子2022-3-7密碼學(xué)課件29再舉一個(gè)例子2022-3-7密碼學(xué)課件30再舉一個(gè)例子2022-3-7密碼學(xué)課件31再舉一個(gè)例子2022-3-7密碼學(xué)課件32再舉一個(gè)例子2022-3-7密碼學(xué)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