網(wǎng)絡與信息安全(已修改)
2025-02-05 13:06 本頁面
【正文】 密碼學基礎（ 2）胡建斌北京大學網(wǎng)絡與信息安全研究室Email: 目 錄1. 數(shù)據(jù)加密標準2. 公開密鑰算法數(shù)據(jù)加密標準（ Data Encryption Standard,DES)背景167。 發(fā)明人 ：美國 IBM公司 W. Tuchman 和 C. Meyer 19711972年研制成功167。 基礎： 1967年美國 Horst Feistel提出的理論167。 產(chǎn)生：美國國家標準局（ NBS)1973年 5月到 1974年 8月兩次發(fā)布通告， 公開征求用于電子計算機的加密算法。經(jīng)評選從一大批算法中采納 了 IBM的 LUCIFER方案167。 標準化： DES算法 1975年 3月公開發(fā)表， 1977年 1月 15日由美國國家標 準局頒布為數(shù)據(jù)加密標準（ Data Encryption Standard），于 1977年 7月 15日生效背景167。 美國國家安全局（ NSA, National Security Agency)參與了美國國家標準局制定數(shù)據(jù)加密標準的過程。 NBS接受了 NSA的某些建議，對算法做了修改，并將密鑰長度從 LUCIFER方案中的 128位壓縮到 56位167。 1979年，美國銀行協(xié)會批準使用 DES167。 1980年， DES成為美國標準化協(xié)會 (ANSI)標準167。 1984年 2月， ISO成立的數(shù)據(jù)加密技術委員會 (SC20)在 DES基礎上制定數(shù)據(jù)加密的國際標準工作DES概述167。 分組加密算法：明文和密文為 64位分組長度167。 對稱算法：加密和解密除密鑰編排不同外，使用同一算法167。 密鑰長度： 56位，但每個第 8位為奇偶校驗位，可忽略167。 密鑰可為任意的 56位數(shù)，但存在弱密鑰，容易避開167。 采用混亂和擴散的組合，每個組合先替代后置換，共 16輪167。 只使用了標準的算術和邏輯運算，易于實現(xiàn)DES加密算法的一般描述輸入 64比特明文數(shù)據(jù)初始置換 IP在密鑰控制下16輪迭代初始逆置換 IP1輸出 64比特密文數(shù)據(jù)交換左右 32比特 DES加密過程DES加密過程令 i表示迭代次數(shù)， ?表示逐位模 2求和， f為加密函數(shù)DES解密過程令 i表示迭代次數(shù)， ?表示逐位模 2求和， f為加密函數(shù)DES中的各種置換、擴展和替代初始置換 IP和初始逆置換 IP—1 IP和 IP—1IPIP—1Li1（ 32比特） Ri1（ 32比特）Li（ 32比特）48比特寄存器選擇擴展運算 E48比特寄存器子密鑰 Ki（ 48比特）32比特寄存器選擇壓縮運算 S置換運算 PRi（ 32比特）Li=Ri1DES的一輪迭代擴展置換Ｅ 盒 － 32位擴展到 48位擴展壓縮替代 S盒 － 48位壓縮到 32位共 8個 S盒S盒 1S盒 2S盒 3S盒 4S盒 5S盒 6S盒 7S盒 8S盒的構造S盒的構造167。 DES中其它算法都是線性的，而 S盒運算則是非線性的167。 S盒不易于分析，它提供了更好的安全性167。 所以 S盒是算法的關鍵所在S盒的構造準則167。 S盒的每一行是整數(shù) 0， … ， 15的一個置換167。 沒有一個 S盒是它輸入變量的線性函數(shù)167。 改變 S盒的一個輸入位至少要引起兩位的輸出改變167。 對任何一個 S盒和任何一個輸入 X， S（ X）和 S(X?001100）至少有兩個比特不同（這里 X是長度為 6的比特串）167。 對任何一個 S盒，對任何一個輸入對 e,f屬于 {0,1},S(X) S(X?11ef00)167。 對任何一個 S盒，如果固定一個輸入比特，來看一個固定輸出比特的值，這個輸出比特為 0的輸入數(shù)目將接近于這個輸出比特為 1的輸入數(shù)目S盒的構造要求167。 S盒是許多密碼算法的唯一非線性部件 ,因此 ,它的密碼強度決定了整個算法的安全強度167。 提供了密碼算法所必須的混亂作用167。 如何全面準確地度量 S盒的密碼強度和設計有效的 S盒是分組密碼設計和分析中的難題167。 非線性度、差分均勻性、嚴格雪崩準則、可逆性、沒有陷門置換 p盒的構造p盒的構造準則167。P置換的目的是提供雪崩效應167。明文或密鑰的一點小的變動都引起密文的較大變化DES中的子密鑰的生成密鑰置換算法的構造準則167。 設計目標：子密鑰的統(tǒng)計獨立性和靈活性167。 實現(xiàn)簡單167。 速度167。 不存在簡單關系： ( 給定兩個有某種關
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