序列密碼體制ppt課件(已修改)
2025-05-11 00:59 本頁(yè)面
【正文】 應(yīng) 用 密 碼 學(xué)張仕斌張仕斌 萬(wàn)武南萬(wàn)武南 張金全張金全 孫宣東編著孫宣東編著西安電子科技大學(xué)出版社二 00九年 十二 月Date 1第第 4章章 序列密碼體制序列密碼體制Date 2知識(shí)點(diǎn)：知識(shí)點(diǎn)：◇ 密 碼 學(xué)中的隨機(jī)數(shù)◇ 序列密 碼 的概念◇ 線 性反 饋 移位寄存器◇ 非 線 性序列 簡(jiǎn) 介◇ 常用序列密 碼◇ 序列密 碼 的 應(yīng) 用Date 3密碼學(xué)中的隨機(jī)數(shù)密碼學(xué)中的隨機(jī)數(shù) 在密碼學(xué)都要涉及到隨機(jī)數(shù)？因?yàn)樵S多密碼系統(tǒng)的安全性都依賴于隨機(jī)數(shù)的生成，例如 DES加密算法中的密鑰， RSA加密和數(shù)字簽名中的素?cái)?shù)。 隨機(jī)數(shù)的使用 序列密碼的保密性完全取決于密鑰的隨機(jī)性。 如果密鑰是真正的隨機(jī)數(shù)，則這種體制在理論上就是不可破譯的。 但這種方式所需的密鑰量大得驚人，在實(shí)際中是不可行的。 目前一般采用偽隨機(jī)序列來(lái)代替隨機(jī)序列作為密鑰序列，也就是序列存在著一定的循環(huán)周期。 這樣序列周期的長(zhǎng)短就成為保密性的關(guān)鍵。如果周期足夠長(zhǎng)，就會(huì)有比較好的保密性。 現(xiàn)在周期小于1010的序列很少被采用，周期長(zhǎng)達(dá) 1050的序列也并不少見(jiàn)。 Date 4 何謂偽隨機(jī)數(shù)生成器（ PRNG）？ 假定需要生成介于 1和 10之間的隨機(jī)數(shù)，每一個(gè)數(shù)出現(xiàn)的幾率都是一樣的。 理想情況下，應(yīng)生成 0到 1之間的一個(gè)值，不考慮以前值，這個(gè)范圍中的每一個(gè)值出現(xiàn)的幾率都是一樣的，然后再將該值乘以 10。 由任何偽隨機(jī)數(shù)生成器返回的數(shù)目會(huì)受到 0到 N之間整數(shù)數(shù)目的限制。 因?yàn)槌Ｒ?jiàn)情況下，偽隨機(jī)數(shù)生成器生成 0 到 N 之間的一個(gè)整數(shù)，返回的整數(shù)再除以 N。 可以得出的數(shù)字總是處于 0 和 1 之間。 對(duì)生成器隨后的調(diào)用采用第一次運(yùn)行產(chǎn)生的整數(shù)，并將它傳給一個(gè)函數(shù)，以生成 0 到 N 之間的一個(gè)新整數(shù)，然后再將新整數(shù)除以 N 返回。 偽 隨機(jī)數(shù) 產(chǎn) 生器Date 5 目前，常見(jiàn)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中 N是 232–1（大約等于 40億），對(duì)于 32位數(shù)字來(lái)說(shuō)，這是最大的值。 但在密碼學(xué)領(lǐng)域， 40億個(gè)數(shù)根本不算大！ 偽隨機(jī)數(shù)生成器將作為 “ 種子 ” 的數(shù)當(dāng)作初始整數(shù)傳給函數(shù)。 由偽隨機(jī)數(shù)生成器返回的每一個(gè)值完全由它返回的前一個(gè)值所決定。因此，最初的種子決定了這個(gè)隨機(jī)數(shù)序列。 如果知道用于計(jì)算任何一個(gè)值的那個(gè)整數(shù)，那么就可以算出從這個(gè)生成器返回的下一個(gè)值。 偽隨機(jī)數(shù)生成器是一個(gè)生成完全可預(yù)料的數(shù)列（稱為流）的確定性程序。 一個(gè)編寫得很好的的 PRNG可以創(chuàng)建一個(gè)序列，而這個(gè)序列的屬性與許多真正隨機(jī)數(shù)的序列的屬性是一樣的。 例如：（ 1） PRNG可以以相同幾率在一個(gè)范圍內(nèi)生成任何數(shù)字；（ 2） PRNG 可以生成帶任何統(tǒng)計(jì)分布的流；（ 3）由 PRNG生成的數(shù)字流不具備可辨別的模。 Date6基于密碼算法的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器 1．使用軟件方法的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器 一個(gè)常用的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器是屬于線形擬合生成器一類的。 這類生成器相當(dāng)普遍，它們采用很具體的數(shù)學(xué)公式：Xn+1=(aXn+b)modc即第 n+1個(gè)數(shù)等于第 n個(gè)數(shù)乘以某個(gè)常數(shù) a， 再加上常數(shù) b。如果結(jié)果大于或等于某個(gè)常數(shù) c， 那么通過(guò)除以 c， 并取它的余數(shù)來(lái)將這個(gè)值限制在一定范圍內(nèi)。 注意： a、 b和 c通常是質(zhì)數(shù)。 2．使用硬件方法的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器 目前生成隨機(jī)數(shù)的幾種硬件設(shè)備都是用于商業(yè)用途。 得到廣泛使用的設(shè)備是 ComScireQNG， 它是使用并行端口連接到 PC的外部設(shè)備，它可以在每秒鐘生成 20,000位，這對(duì)于大多數(shù)注重安全性的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了。 另外 Intel公司宣布他們將開(kāi)始在其芯片組中添加基于熱能的硬件隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，而且基本上不會(huì)增加客戶的成本。迄今為止，已經(jīng)交付了一些帶有硬件 PRNG的 CPU。 Date 7偽隨機(jī)數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) （ 1）看起來(lái)是隨機(jī)的，表明它可以通過(guò)所有隨機(jī)性統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。 現(xiàn)在的許多統(tǒng)計(jì)測(cè)試 。它們采用了各種形式，但共同思路是它們?nèi)家越y(tǒng)計(jì)方式檢查來(lái)自發(fā)生器的數(shù)據(jù)流，嘗試發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)是否是隨機(jī)的。 確保數(shù)據(jù)流隨機(jī)性的最廣為人知的測(cè)試套件就是 GeeMarsaglia的 DIEHARD軟件包（請(qǐng)參閱 pub/diehard/）。 另一個(gè)適合此類測(cè)試的合理軟件包是 pLab（ 請(qǐng)參閱 （ 2） 它是不
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