【文章內(nèi)容簡介】 明文塊，而序列密碼一次加密一個字符或一個位。兩種密碼在計算機系統(tǒng)中都有廣泛應用。為了實現(xiàn)信息的保密性，抗擊密碼分析，保密系統(tǒng)應當滿足下述要求:①即使達不到理論上是不可破解的，也應當是實際上是不可破解的。也就是河南科技大學畢業(yè)論文設計說，從截獲的密文或某些己知明文密文對，要確定密鑰或任意明文在計算上是不可行的。②保密系統(tǒng)的安全性應依賴于密鑰，而不是依賴于密碼體制或算法本身的細節(jié)的安全性。③加密解密算法實用于所有密鑰空間中的元素。④系統(tǒng)應該易于實現(xiàn)和使用方便。 古典密碼體制古典密碼是密碼學的淵源，這些密碼都是由基于字符的密碼算法構成的，可用手工或機械操作實現(xiàn)加解密。不同的密碼算法是字符之間互相代換或者是互相置換，好的密碼算法是結(jié)合這兩種方法，每次進行多次運算。雖然現(xiàn)在己經(jīng)很少采用了，但原理還是沒變。重要的變化是算法對位而不是對字符進行變換，實質(zhì)上這只是字母表長度的改變。古典密碼的基本運算有兩種代替(substitution)和換位(Transposition)。代替是指每一個或一組字符被另一個或另一個或一組字符所取代。換位是不改變明文字符，而按一定規(guī)則重新安排字符次序。實際的密碼算法是執(zhí)行一系列這兩種基本運算的不同組合，即得到所謂的乘積密碼。比較有名的古典密碼包括 J 愷撒(Kaiser)密碼、維吉利亞(viewers)密碼、維爾南(Velma)、普萊費厄(pl 即 fair)密碼和希爾(Hill)密碼等。 對稱密碼體制對稱密碼體制[10]又叫私鑰密碼算法，是指能夠從解密密鑰中推算出加密密鑰，反過來也成立。在大多數(shù)的對稱密碼體制中，加密密鑰和解密密鑰的，它要河南科技大學畢業(yè)論文設計求發(fā)送者和接收者在通信之前協(xié)商一個安全的密鑰，因此有時碼也稱為單鑰密碼。單鑰密碼體制的安全性主要取決于算法和密鑰的長漏密鑰就意味著任何人都能對消息進行加、解密。對稱密碼體制不僅可以用于數(shù)據(jù)加密，也可以用于消息認、證。但是碼體制存在著嚴重的缺陷:在進行安全通信之前，通信的雙方必須通過道商定和傳送密鑰，而在實際的通訊網(wǎng)中，通信雙方很難確定一條合理通道。另外一個問題就是密鑰的管理。在擁有大量用戶的計算機通信網(wǎng)個相互進行保密通信的用戶需要N(N 一 1)/2 個密鑰。當 N 值比較大的鑰管理的開銷極大，密鑰只能記錄在計算機內(nèi)存或外存上。分組密碼一般的設計原則包括:①分組長度 n 要足夠大，使分組代替字母表中的元素個數(shù) 2n 足夠大明文窮舉攻擊法奏效。②密鑰量要足夠大(即置換子集中的元素足夠多)，盡可能消除弱密鑰有密鑰無特殊性可分析，以防止密鑰窮舉攻擊奏效。但密鑰又不能過長于密鑰的管理。③由密鑰確定代替的算法要足夠復雜，充分實現(xiàn)明文和密文的擴散沒有簡單的關系可循，要能抗擊各種己知的攻擊，如差分攻擊和線性攻④加密和解密運算簡單，易于軟件和硬件的快速實現(xiàn)。⑤數(shù)據(jù)擴展。一般無數(shù)據(jù)擴散，在采用同態(tài)置換和隨機化加密技術入數(shù)據(jù)擴展。⑥差錯傳播盡可能地小。為了抗擊統(tǒng)計分析破譯法，需要實現(xiàn)三條要求，Shannon 曾建議采用擴散 河南科技大學畢業(yè)論文設計(Diffusion)和混淆(confusedly)法。所謂擴散，就是將明文及密鑰的每一位數(shù)字的影響盡可能迅速地擴散到輸出密文的較多個數(shù)字中，以便隱蔽明文數(shù)字的統(tǒng)計特性。在理想情況下，明文的每一位 bit 和密鑰的每一 bit 應影響密文的每一bit 即實現(xiàn)所謂的“完備性” 。Sharman 提出的“混淆”概念目的在于使作用于文明的密鑰和密文之間的關系復雜化，使明文和密文之間、密文和密鑰之間的統(tǒng)計相關性極小化，從而使統(tǒng)計分析攻擊法不能奏效。擴散和混淆原則是設計分組密碼的基本準則，到達良好的擴散和混淆效果是分組密碼設計的核心問題 Shannon還提出了“乘積”的方法，所謂“乘積密碼” ，是將若干個密碼復合。例如，設有兩個子密碼 T 和 S，我們先以 T 對明文進行加密，然后再以 S 對所得的結(jié)果進行加密，則乘積密碼可表示為 F 二 ST。利用這種方法?？蓪⒑唵我子趯崿F(xiàn)的密碼組合成復雜的更為安全的密碼。分組密碼的特點是將明文消息編碼后的數(shù)字序列在密鑰的控制下變換成等長的數(shù)字序列。分組密碼的輸入輸出序列長度預先己確定(一般二者相等)，故從本質(zhì)上看，這種密碼可看作是字長為分組長度的數(shù)字序列的代換密碼。著名的數(shù)據(jù)加密標準(Data Encryption Standard，DES)是分組密碼家族的一個成員，它作為世界范圍的標準己經(jīng)有 20 多年的歷史了。其他比較有名的分組密碼算法還有國際數(shù)據(jù)加密算法(IDEA)Ghost 算法等。 DES (Data Encryption Standard)數(shù)據(jù)加密標準 DES(Data Encryption standard)算法由 IBM 公司開發(fā)，并被美國國家標準局困（NIST)于 1977 年 2 月采納作為“非密級”應用的一個標準，河南科技大學畢業(yè)論文設計此后， DES 成為全世界使用最廣泛的加密標準。DES 是迄今為止最為廣泛應用的一種加密算法，也是最具代表性的一種分組密碼體制。DES 對于推動密碼理論的發(fā)展和應用起了重大作用，掌握和了解這一算法的基本原理、設計思想、安全性分析等問題，對于研究分組密碼理論和其實際應用具有重要意義。DES 是一種對二元數(shù)據(jù)進行加密的方法，數(shù)據(jù)分組長度為 64 位，密文分組長度也是 64 位，沒有數(shù)據(jù)擴展。其算法的基本思想是:通過循環(huán)或迭代，將簡單的基本運算(例如左移、右移、模 2 加法等)和變換(選擇函數(shù)、置換函數(shù))構造成數(shù)據(jù)流的非線性變換(加密變換或解密變換)。DES 算法的數(shù)據(jù)流程的基本框架是固定的，通過密鑰分解將一個實際上是 56 位 (二進制)(64 位密鑰去掉奇偶校驗位，剛好是 56 位)的密鑰分解成 16 個 48 位(二進制)的子密鑰，每個子密鑰控制一次循環(huán)或迭代。加密與解密的密鑰和流程是完全相同的，區(qū)別僅僅是加密與解密使用子密鑰序列的操作順序剛好相反。DES 算法在歷史上曾發(fā)揮重要作用，但也存在以下問題:①DES 密鑰空間的規(guī)模 256 對實際安全而言太小。②DES 的密鑰存在弱密鑰、半弱密鑰和互補密鑰。③DES 里的所有計算，除去 S 盒，全是線性的。S 盒的設計對密碼算法的安全性至關重要。然而，美國國家安全局并沒有公布 S盒的設計原則，因此，有人懷疑 S 盒里隱藏了“陷門(trapdoors)” ，如果是這樣，美國國家安全局就能輕易地解密消息。由于 DES 的密鑰空間小，針對 DES 算法進行窮舉攻擊就可以取得成 1998 年 7 月，電子前沿基金會(EFF)使用一臺 25 萬美元的電腦在 56 小時了 DES 密鑰。1999 年 1 月 RSA 數(shù)據(jù)安全會議期間，EFF 通過遍布全世萬臺計算機的協(xié)同工作，用 22 小時巧分鐘就宣告破解了一個 DES 的密河南科技大學畢業(yè)論文設計外，關于 DES 的攻擊還有差分密碼分析方法和線性密碼分析方法。 AES(Advanced Encryption Standard)從各方面來看，DES 已走到了它生命的盡頭，為了替代己經(jīng)超齡服役 DES算法，Nils 于 1997 年 1 月開始了公開篩選 DES 替代者—高級加密標準（AES ）的工作。其目的是為了確定一個非保密的、全球免費使用的分組密碼算法，用于保護下一世紀政府的敏感信息，2022 年 10 月 2 日，NIST 宣布比利時的密碼學家 Joan Diemen 和 Vincent Rijmen設計的“Roundel 算法”最終獲勝。Roundel 之所為能當選 AES，主要是因為:①運算速度快。在無論有無反饋模式的計算環(huán)境下的軟硬件中，Rijndael 表現(xiàn)出非常好的性能。②對內(nèi)存的需求非常低，使它很適合用于受限制的環(huán)境。③算法可靠。使用非線性結(jié)構的 S 一盒，表現(xiàn)出有足夠的安全余地。④Irondale 算法的設計策略是寬軌跡策略(Wide Trail Strategy)，這種策略會有效抵抗差分分析和線性分析攻擊。⑤Irondale 是一個分組迭代密碼，被設計成 128/192/256 比特三種密匙標準可用于加密長度為 128/192/256 比特的分組，相應的輪數(shù)為 10/12/14，分組長度和密鑰長度設計靈活。⑥密鑰安裝的時間很好，也具有很高的靈活性。⑦操作簡單，并可抵御時間和能量攻擊，此外，它還有許多未被特的防御性河南科技大學畢業(yè)論文設計能。由上可見，助 deal 匯聚了安全性能、效率、可實現(xiàn)性和靈活性等。 公鑰密碼體制對稱密碼體制的特點是解密密鑰與加密密鑰相同或者很容易從加密密鑰導出解密密鑰。在對稱密碼體制中，加密密鑰的暴露會使系統(tǒng)變得不安全。對稱密碼系統(tǒng)的一個嚴重缺陷是在任何密文傳輸之前，發(fā)送者和接收者必須使用一個安全信道預先商定和傳送密鑰。在實際的通訊網(wǎng)中，通信雙方則很難確定一條合理的安全通道。由 Dime 和 Hellman 首先引入的公鑰密碼體制克服了對稱密碼體制的缺點。它的出現(xiàn)是密碼學研究中的一項重大突破，也是現(xiàn)代密碼學誕生的標志之一。在公鑰密碼體制中，解密密鑰和加密密鑰不同，從一個難以計算出另一個，解密運算和加密運算可以分離。通信雙方無須事先交換密鑰就可建立起保密通信。公鑰密碼體制克服了對稱密碼體制的缺點，特別適用于計算機網(wǎng)絡中的多用戶通信，它大大減少了多用戶通信所需的密鑰量，節(jié)省了系統(tǒng)資源，也便于密鑰管理。1978 年 Rivets，Shamir:和 Adelman 提出了第一個比較完善的公鑰密碼算法，這就是著名的 RSA 算法。自從那時起，人們基于不同的計算問題，提出了大量的公鑰密碼算法。比較重要的有 RSA 算法、Mermen Hellman 背包算法、Mealier 算法、Enigmas 算法和橢圓曲線密碼算法等。設計公鑰密碼體制的關鍵是先要尋找一個合適的單向函數(shù)，大多數(shù)的公鑰密碼體制都是基于計算單向函數(shù)的逆的困難性建立的。例如，RSA 體制就是典型的基于單向函數(shù)模型的實現(xiàn)。這類密碼的強度取決于它所依據(jù)的問題的計算復雜性。河南科技大學畢業(yè)論文設計值得注意的是，公鑰密碼體制的安全性是指計算安全性，而絕不是無條件安全性，這是由它的安全性理論基礎即復雜性理論決定的。單向函數(shù)在密碼學中起一個中心作用。它對公鑰密碼體制的構造的研究是非常重要的。雖然目前許多函數(shù)(包括 RSA 算法的加密函數(shù))的被認為或被相信是單向 26 的，但目前還沒有一個函數(shù)能被證明是單向的。目前己經(jīng)問世的公鑰密碼算法主要有三大類:第一類是基于有限域范圍內(nèi)計算離散對數(shù)的難度而提出的算法。比如，世界上第一個公鑰算法 Defile 一 Hellman 算法就屬此類，但是，它只可用于密鑰發(fā)，不能用于加密解密信息。此外，比較著名的還有 Enigma 算法和 1991 年 NIST 提出的數(shù)字簽名算法Digital signature Algorithm(DSA)。第二類是 20 世紀 90 年代后期才得到重視的橢圓曲線密碼體制。1985 年，美國 Washington 大學的 Neal Koblenz 和 IBM Watson 認研究中心的 Victor Miller 各自獨立的提出:一個稱為橢圈曲線的不引人注目的數(shù)學分支可以用于實現(xiàn)密碼學。他們沒有設計出用橢圓曲線的新的密碼算法，但他們在有限域上用橢圓曲線實現(xiàn)了己有的公鑰算法，如 和 Schonn 一算法等。第三類就是本課題研究要涉及的 RSA 公鑰密碼算法。1977 年，MIT 的 Ronald Shamir Leonard 和 Madmen 教授對 Defies 和 Hellman 的