【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1)?(10100100) = (01001111) S0(0100) = (11), S1(1111) = (11), P4(1111) = (1111) F(1101, K1) = P4(Sbox(E/P(1101)?K1)) = (1111) fK(10111101) = (L?(F(R, K1), R) = (1011?1111, 1101) = (01001101) SW(01001101) = (11010100) ???????Round 1 79 E/P(0100)?K2= (00101000)?(01000011) = (01101011) S0(0110) = (10), S1(1011) = (01), P4(1001) = (0101) F(0100, K2) = P4(Sbox(E/P(0100)?K2)) = (0101) fK(11010100) = (L?(F(R, K1), R) = (1101?0101, 0100) = (10000100) IP1(10000100) = (01000001) 密文 : 01000001 ???????Round 2 80 分析 暴力攻擊法 只有 210 = 1024 個(gè)可能的 Key K1, K2,… 給定 (P, C), 檢查 ? E(K1, P)=C ? ? E(K2, P)=C ? ? … ? E(K1024, P)=C ? 81 Block cipher (區(qū)塊密碼 )的原理 Confusion (混亂 ): Substitution Diffusion (擴(kuò)散 ): Switch Feistel Cipher Structure: DES中 ffunction 的結(jié)構(gòu) 能夠保持 DK(EK(P))=P 而不用考慮函數(shù)是否可逆 82 83 Block size Key size Number of rounds Subkey generation algorithm Round function Fast software/hardware encryption/decryption 84 85 Data Encryption Standard (DES) 背景 1977 NBS (National Bureau of Standards, ., now NIST National Institute of Standards and Technology). 規(guī)格 64bit 明文及密文 56bit 密鑰 16 rounds 86 87 Initial final Permutations IP and IP1: 64bit?64bit 58 50 42 34 26 18 10 260 52 44 36 28 20 12 462 54 46 38 30 22 14 664 56 48 40 32 24 16 857 49 41 33 25 17 9 159 51 43 35 27 19 11 361 53 45 37 29 21 13 563 55 47 39 31 23 15 7IP 40 8 48 16 56 24 64 3239 7 47 15 55 23 63 3138 6 46 14 54 22 62 3037 5 45 13 53 21 61 2936 4 44 12 52 20 60 2835 3 43 11 51 19 59 2734 2 42 10 50 18 58 2633 1 41 9 49 17 57 25IP1 88 Expansion permutation (E): 32 bits48bits Permutation function (P): 32 bits32 bits 32 1 2 3 4 54 5 6 7 8 98 9 10 11 12 1312 13 14 15 16 1716 17 18 19 20 2120 21 22 23 24 2524 25 26 27 28 2928 29 30 31 32 116 7 20 21 29 12 28 171 15 23 26 5 18 31 102 8 24 14 32 27 3 919 13 30 6 22 11 4 25E P 89 90 91 令明文 P = L0R0 , 第 i 個(gè) round 之後產(chǎn)生的中間值表示成 LiRi 則密文 C = R16L16 Key generation 由密鑰 K 產(chǎn)生 16 個(gè) 48bit subkeys Ki, 1?i?16. Single round i 的設(shè)計(jì) (Feistel cipher structure) Li=Ri1 Ri=Li1?F(Ri1, Ki) 92 8個(gè)「 6進(jìn) 4出」的 Sboxes Si, 0?i?7 Encryption: Decryption: ? ?PIPfSWfSWfIPC 11516 KKK1 ????????? ? ?CIPfSWfSWfIPP1621 KKK1 ?????????93 Avalanche effect(雪崩效應(yīng) ) 明文或密鑰中一點(diǎn)小小的改變會(huì)造成產(chǎn)生的密文很大的改變 尤其我們希望明文或密鑰中一個(gè) bit 的改變能造成密文中一半的 bits 都改變 94 For example P1=0000 0000 ??? 0000 P2=1000 0000 ??? 0000 K=0000001 1001011 0100100 1100010 0011100 0011000 0011100 0110010 結(jié)果在 L3R3 中有 21 bits 改變而在 L16R16 中則有 34 bits 改變 95 C h a n g e i n P l a i n te x t C h a n g e i n K e yRo u n d b i t s t h a t d i ffe r Ro u n d b i t s t h a t d i ffe r0 1 0 01 6 1 22 21 2 143 35 3 284 39 4 325 34 5 306 32 6 327 31 7 358 29 8 349 42 9 4010 44 10 3811 32 11 3112 30 12 3313 30 13 2814 26 14 2615 29 15 3416 34 16 3596 運(yùn)作的方式 Electronic codebook mode (ECB) Cipher block chaining mode (CBC) Cipher feedback mode (CFB) Output feedback mode (OFB) 97 ECB mode 最簡(jiǎn)單的方式 把明文切成每 64 bits 一個(gè)區(qū)塊 使用相同的密鑰來(lái)對(duì)區(qū)塊加密 加密過(guò)程就如同在查一本很大的密碼書(shū) (codebook) 98 ECB mode Encryption: If P=P1P2???Pm, where Pi’ s are 64bit blocks, then C=C1C2???Cm=EK(P1)EK(P2)???EK(Pm). 99 ECB mode Decryption: P= DK(C1)DK(C2)???DK(Cm)=P1P2???Pm. 100 CBC mode 把要加密的區(qū)塊先跟前一個(gè)區(qū)塊所產(chǎn)生的密文做 ?, 然後再跟密鑰做加密 區(qū)塊 Pi 的加密和先前所有的區(qū)塊有關(guān) 101 CBC mode Encryption: IV: 固定的 64bit 初始向量 (initial vector), 可以是公開(kāi)的值或由發(fā)送方隨著密文傳給收受方 C1=EK(IV?P1) Ci=EK(Ci1?Pi), for i?2. 102 CBC mode Decryption: P1=DK(C1)?IV Pi=D(Ci1)?Ci1=Ci1?Pi?Ci1 103 CFB mode 明文切成每 j 個(gè) bits 一個(gè)區(qū)塊 , 一般令 j=8 這種方式可說(shuō)是 DES的 stream cipher version 104 CFB mode Encryption: P=P1P2???Pm, where Pi’ s are jbit blocks, 1?j?64. 定義 Sj(X) 表示 X 前 j 個(gè) bits R 是一個(gè) 64bit 的暫存器 , 初始值為 IV. R=IV C1=P1?Sj(EK(R)) R=ShiftLeftj||Ci1 Ci=Pi?Sj(EK(R)) i=i+1 Decryption 105 106 107 OFB mode 和 CFB 類(lèi)似 , 除了當(dāng)作下一個(gè) encryption 的 input 是前一個(gè) DES 的 output 而不是 cipher 優(yōu)點(diǎn) 在密文傳送過(guò)程中產(chǎn)生的 error 不會(huì)影響到所有區(qū)塊的解密 108 OFB mode Encryption R=IV C1=P1?Sj(EK(R)) R=ShiftLeftj||Sj(EK(R)) Ci=Pi?Sj(EK(R)) i=i+1 Decryption 109 110 111 Why 56bit keys? At that time, It seems that 56bit keys are secure. Facts: 1997: distributed exhaustive key search all over the world takes 3 months. 1998: specialized key search chips: 56 hours 1999: the search devices are improved and achieved the record of 22 hours 112 Double DES Key size K=(K1, K2): 112 bits C=EK2(EK1(P)) Meetinthemiddle attack X=EK1(P) =DK2(C) 113 D E P M1 M2 … Mr K1, K2,... K1, K2,... N1 N2 … Nr C 114 Triple DES Plaintext: 64bit Ciphertext: 64bit Key: 112 bits K=(K1, K2) 115 Encryption: C=EK1(DK2(EK1(P))) Decryption: P=DK1(EK2(DK1(P))) Advantages key size is larger 和標(biāo)準(zhǔn)的 DES 相容 ? Set K1=K2=K (56bit) ? P=EK(DK(EK(P)))=EK(P) ? C=DK(EK(DK(P)))=DK(P) 116 Block cipher 設(shè)計(jì)原則 Sbox: Sbox 愈大愈安全 然而需要額外的空間存 Sbox. Number of rounds: Rounds愈多愈安全 然而加密所花的時(shí)間相對(duì)地變長(zhǎng) Key generation: Subkeys 愈獨(dú)立愈好 . 117 Advanced encryption standard (AES) 118 密鑰密碼的保密性 119 Packetswitching router Host A Host B 置放加密演算法的位置 Linktolink encryption Endtoend encryption 120 Linktolink Encryption Host (主機(jī) ) A?(加密 )(傳送 )(解密 ) ?Router (路由器 ) 1?(加密 )(傳送 )(解密 ) ?Router 2? ??? ?Router n?(加密 )(傳送 )(解密 ) ?Host (主機(jī) ) B 121 122 特性 : 網(wǎng)路設(shè)備 (Host, Router…) 提供加密 硬體實(shí)行 提供 Host 間的身份認(rèn)證 優(yōu)點(diǎn) : 由網(wǎng)路設(shè)備提供加密 , 應(yīng)用程式不需做修改 缺點(diǎn) : 在路由器上訊息並未加密 對(duì)所有 links 的兩端都需要做加解密 123 Endtoend Encryption Host (主機(jī) ) A?(加密 )(傳送 ) ?Router (路由器 ) 1