【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器， n級(jí)非線性反饋移位寄存器產(chǎn)生偽隨機(jī)序列的周期最大可達(dá)到 ，因此，研究產(chǎn)生最大周期序列的方法具有重要意義。 12 ?nn2 序列密碼 2. RC4 ? RC4是由麻省理工學(xué)院的 Ron Rivest教授在 1987年為 RSA公司設(shè)計(jì)的一種可變密鑰長(zhǎng)度、面向字節(jié)流的序列密碼。 ? RC4算法很簡(jiǎn)單，它以一個(gè)數(shù)據(jù)表為基礎(chǔ)，對(duì)表進(jìn)行非線性變換，從而產(chǎn)生密碼流序列。包含兩個(gè)主要算法：密鑰調(diào)度算法 (KeyScheduling Algorithm，KSA)和偽隨機(jī)生成算法 (Pseudo Random Generation Algorithm， PRGA)。 序列密碼 ? KSA的作用是將一個(gè)隨機(jī)密鑰 (大小為 40~256位 )變換成一個(gè)初始置換表 S。過(guò)程如下： ? S11 S表中包含 256個(gè)元素 S[0]~S[255]，對(duì)其初始化，令 ? S12 用主密鑰填充字符表 K，如果密鑰的長(zhǎng)度小于256個(gè)字節(jié)，則依次重復(fù)填充，直至將 K被填滿。 ? S13 令 j=0； ? S14 對(duì)于 i從 0到 255循環(huán) ① ②交換 S[i]和 S[j] 。 2550,][ ??? iii }2550],[{ ??? iiKK 256mod][][ iKiSjj ??? 序列密碼 ? PRGA的作用是從 S表中隨機(jī)選取元素，并產(chǎn)生密鑰流。過(guò)程如下： ? S21 i=0,j=0； ? S22 i=i+1(mod 256)； ? S23 j=j+S[i]mod 256 ? S24 交換 S[i]和 S[j] ； ? S25 t=S[i]+S[j]mod 256 ； ? S26 輸出密鑰字 k=S[t] 。 ? 雖然 RC4要求主密鑰 K至少要 40位，為了保證安全強(qiáng)度，目前至少要達(dá)到 128位。 分組密碼 ? 設(shè)明文消息被劃分成若干固定長(zhǎng)度的組 ，其中 或 1, ，每一組的長(zhǎng)度為 n，各組分別在密鑰 的作用下變換成長(zhǎng)度為 r的密文分組 。分組密碼的模型如圖所示。 ),( 21 nmmmm ????0?im ni ,2,1 ?? ),( 21 tkkkk ???? ),( 21 rcccc ??? 分組密碼 ? 分組加密的本質(zhì)就是由密鑰 控制的從明文空間 M（長(zhǎng)為 n的比特串的集合）到密文空間 C（長(zhǎng)為 r的比特串的集合）的一個(gè) 11映射。為了保證密碼算法的安全強(qiáng)度，一般說(shuō)來(lái)，加密變換的構(gòu)造應(yīng)遵循下列幾個(gè)原則： ? ① 分組長(zhǎng)度足夠大 ? ② 密鑰量空間足夠大 ? ③ 加密變換足夠復(fù)雜 ? ④ 加密和解密運(yùn)算簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn) ? ⑤ 加密和解密的邏輯結(jié)構(gòu)最好一致 分組密碼 ? 古典密碼中最基本的變換是代替和移位，其目的是產(chǎn)生盡可能混亂的密文。代替變換就是經(jīng)過(guò)復(fù)雜的變換關(guān)系將輸入位進(jìn)行轉(zhuǎn)換，記為 S，稱為 S盒；移位變換就是將輸入位的排列位置進(jìn)行變換，記為 P，稱為 P盒。 ? 分組密碼由多重 S盒和 P盒組合而成，如圖所示。 S盒的直接作用是將輸入位進(jìn)行某種變換，起到混亂作用， P盒的直接作用就是移動(dòng)輸入位的排列位置關(guān)系，起到擴(kuò)散的作用。 分組密碼 ? 實(shí)現(xiàn)分組密碼設(shè)計(jì)算法的具體操作包括以下三個(gè)方面： ? 將明文位用某種變換關(guān)系變換成新的位，使得產(chǎn)生的密文是一堆雜亂無(wú)章的亂碼，分組密碼中采用復(fù)雜的非線性代替變換就可達(dá)到比較好的混亂效果。 ? 指讓明文中的每一位 (包括密鑰的每一位 )直接或間接影響輸出密文中的許多位，以便隱蔽明文的統(tǒng)計(jì)特性。這種效果也稱為“雪崩效應(yīng)”。 ? 在分組密碼算法設(shè)計(jì)中，為了增強(qiáng)算法的復(fù)雜度，常用的方法是采用乘積變換的思想，即加密算法不僅僅是簡(jiǎn)單的一次或兩次基本的 S盒和 P盒變換，而是通過(guò)兩次或兩次以上Ｓ盒和Ｐ盒的反復(fù)應(yīng)用，也就是迭代的思想，克服單一密碼變換的弱點(diǎn)，構(gòu)成更強(qiáng)的加密結(jié)果，以強(qiáng)化其復(fù)雜程度。 數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn) DES ? 1971年末 IBM公司提出了一種稱為 Luciffer的密碼算法 ? 1977年 7月 15日該算法被正式采納作為美國(guó)聯(lián)邦信息處理標(biāo)準(zhǔn)生效，即數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（ Data Encryption Standard， DES）。實(shí)現(xiàn)分組密碼設(shè)計(jì)算法的具體操作包括以下三個(gè)方面： 1. DES加密算法流程 數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn) DES ? 1971年末 IBM公司提出了一種稱為 Luciffer的密碼算法 ? 1977年 7月 15日該算法被正式采納作為美國(guó)聯(lián)邦信息處理標(biāo)準(zhǔn)生效，即數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（ Data Encryption Standard， DES）。 1. DES加密算法流程 數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn) DES ? 1971年末 IBM公司提出了一種稱為 Luciffer的密碼算法 ? 1977年 7月 15日該算法被正式采納作為美國(guó)聯(lián)邦信息處理標(biāo)準(zhǔn)生效，即數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（ Data Encryption Standard， DES）。 1. DES加密算法流程 數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn) DES (1) 初始置換 IP ? 初始置換如圖所示，方法是將 64位明文的位置順序打亂，表中的數(shù)字代表 64位明文的輸入順序號(hào)，表中的位置代表置換后的輸出順序，表中的位置順序是先按行后按列進(jìn)行排序。 ? 初始置換表中的位序特征： 64位輸入按 8行 8列進(jìn)行排列，最右邊一列按 2,4,6,8和 1,3,5,7的次序進(jìn)行排列，往左邊各列的位序號(hào)依次緊鄰其右邊一列各序號(hào)加 8。 數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn) DES (2)乘積變換（ 16輪迭代） ? 乘積變換部分要進(jìn)行 16輪迭代，如圖所示。將初始置換得到的 64位結(jié)果分為兩半，記為 L0和 R0，各 32位。設(shè)初始密鑰 64位，經(jīng)密鑰擴(kuò)展算法產(chǎn)生 16個(gè) 48位的子密鑰，記為 K1， K2， … ， K16，每輪迭代的邏輯關(guān)系為： ? 其中 ， f 函數(shù)是每輪變換的核心變換 。 ?????????),(,111iiiiiiKRfLRRL161 ?? i 數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn) DES (3)逆初始置換 IP1 ? 逆初始置換 IP1與初始置換正好相反，如圖所示。比如，處在第一位的比特位置換后排在第 58位，第二位排在第 50位。 ? 逆初始置換表中的位序特征： 64位輸入依然按 8行 8列進(jìn)行排列，1,2,3,4,5,6,7,8按列從下往上進(jìn)行排列，然后是 9到 16排在右邊一列，依次進(jìn)行排 4列，然后從 33開(kāi)始排在第一列的左邊，從 41開(kāi)始排在第二列的左邊，交叉進(jìn)行。 數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn) DES 2. 乘積變換中的 f變換 ? 乘積變換的核心是 f變換，它是非線性的，是每輪實(shí)現(xiàn)混亂的最關(guān)鍵的模塊，輸入 32位，經(jīng)過(guò)擴(kuò)展變換變成 48位，與子密鑰進(jìn)行異或運(yùn)算，選擇壓縮變換 ― S盒替換，將 48位壓縮還原成 32位，再進(jìn)行 P盒替換，輸出 32位。如圖所示，虛線部分為 f變換。 數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn) DES ? 詳細(xì)的變化過(guò)程如圖 2411所示。 數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn) DES (1) 擴(kuò)展置換 ? 擴(kuò)展置換將 32位擴(kuò)展成 48位，按如圖 2412所示的排列方式進(jìn)行重新排列得到。 數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn) DES (2) S盒替換 ? 將 48位按 6位分為 1組，共 8組，也稱為 8個(gè) S盒，記為 S1 ，S2 ， … S8 ，每個(gè) S盒產(chǎn)生 4位輸出。 8個(gè) S盒的替換表如表242所示。 ? 每個(gè) S盒都由 4行 16列組成，每行是 0～ 15的一個(gè)全排列，每個(gè)數(shù)字用對(duì)應(yīng)的 4位二進(jìn)制比特串表示。如 9用 1001表示， 7用 0111表示。設(shè) 6位輸入為： a1 a2 a3 a4 a5 a6 ，將a1a6 組成一個(gè) 2位二進(jìn)制數(shù)，對(duì)應(yīng) S盒表中的行號(hào)；將 a2 a3 a4 a5 組成一個(gè) 4位二進(jìn)制數(shù)，對(duì)應(yīng) S盒表中的列號(hào)；映射到交叉點(diǎn)的數(shù)據(jù)就是該 S盒的輸出。