密码学3 序列密码.ppt

2020/5/23,1,古典密码小结,置换密码列置换密码：将明文m按照固定宽度按行写出，而后按照置换规则按列换位。周期置换密码：将明文m按照固定长度分组，对每组的字串按照某个置换重新排位从而得到密文。,2020/5/23,2,单表代换密码凯撒密码,移位变换,2020/5/23,3,仿射加密,加密：,解密：,基于密钥的单表代换密码选取一个字符串作为密钥，除去密钥中重复的字母，剩余字母按照顺序写在此字母之后生成字母表。,2020/5/23,4,多表代换密码Playfair密码将明文字母按照两个字母一组分组，然后将这些组按照字母矩阵替换为密文字母组合。基于一个55字母矩阵.维吉尼亚密码已知密钥有N个字符，K=(k1,k2,kN)。将明文M按照N个字符一组分段，分为L段，M=(m1,m2,mL)。求密文C，其中Cij=kj+mij,i=L,jLFSR+非线性化滤波生成器组合生成器钟控生成器Geffe序列生成器J-K触发器生成器,2020/5/23,43,滤波生成器设计思想：由一个n级线性移位寄存器和一个m(n)元非线性滤波函数组成。滤波函数的输出为密钥流序列，g为一个m元布尔函数工作模式如下图：,2020/5/23,44,组合生成器设计思想：若干个线性移位寄存器LFSRi(i=1,n)和一个非线性组合函数组成，组合函数的输出构成密钥流序列。组合生成器工作模式如下：,2020/5/23,45,eg：LFSR1的输出序列ak为：1010110101LFSR2的输出序列bk为：110110110则整个钟控生成器的输出序列ck为：1111011110，周期为5.,钟控生成器设计思想：用一个或多个移位寄存器来控制另一个或多个移位寄存器的时钟。当LFSR1输出为1时，LFSR2移位输出，否则重复输出前一位。,2020/5/23,46,Geffe序列生成器由3个LFSR组成，其中LFSR2作为控制生成器使用。当LFSR2输出1时，LFSR2与LFSR1相连接；当LFSR2输出0时，LFSR2与LFSR3相连接。,ak,bk,ck,dk,2020/5/23,47,利用J-K触发器的非线性序列生成器,取反,J-K触发器真值表,JK触发器的输出序列可以通过以下递推公式计算：Cn=(an+bn+1)Xcn-1+an)mod2通常令c0=0,2020/5/23,48,eg：已知LFSR1生成周期为3的序列ak=0,1,1,LFSR2生成周期为4的序列bk=1,0,0,1,则生成器的输出序列ck是011011101110其周期为12。,2020/5/23,49,1、设基本钟控序列产生器中ak和bk分别为2级和3级m序列，且ak=101bk=1001101，求输出序列ck及周期。2、设J-K触发器中ak和bk分别为3级和2级m序列，且ak=1110100，bk=110求输出序列ck及周期。,练习,2020/5/23,50,3、已知采用3级LFSR产生密钥流，得到的密文是1010110110，相应的明文为0100010001，破译改密码系统。,练习,2020/5/23,51,已知三级LFSR，设反馈函数f=xa1ya2za3,其中x，y，z为0或1。由于密文是1010110110，明文为0100010001，所以密钥流为：1110100111.则：0=xyz1=xy0=xz所以：x=1,y=0,z=1。f=a1a3，初始密钥为111。,2020/5/23,52,复习,特征多项式P(x)=1+c1x+cn-1xn-1cnxnf(a1,a2,an)=cna1cn-1a2c1anan+k=c1an+k-1c2an+k-2cnakm序列周期=2n-1,2020/5/23,53,钟控生成器,J-K触发器生成器,2020/5/23,54,3.4实用流密码,流密码的优点：容易实现。加密解密速度快。无错误传播。常用流密码算法RC4算法。（重点）A5算法-钟控生成器。（重点）,全球移动通信系统GSM-蓝牙,2020/5/23,55,1、RC4算法,RC4算法的关键是能够高效产生不可预测的密钥序列。突出优点是在软件中很容易实现。RC4已应用于Windows、LotusNotes和其他软件应用程序中，应用于安全套接字层SSl以保护因特网的信息流，还应用于无线系统以保护无线链路的安全。,2020/5/23,56,1、RC4算法,RC4是典型的基于非线性数组变换的序列密码。以一个足够大的数组为基础，对其进行非线性变换，产生非线性的密钥序列，一般把这个大数组叫做S盒。RC4算法可以生成总数为N=2n个元素的S盒。通常n取8。可以生成有256个元素的数组s。,2020/5/23,57,第一步：密钥调度算法KSA。用于设置S盒内部状态(S0,S255)的随机排列。step1:/初始化数组S，将种子密钥KL的值付给数组T./使T与S等长。fori=0to255dobeginSi=i;Ti=KimodL;end;,RC4算法步骤,2020/5/23,58,step2:/用T对S进行值的置换。j=0;fori=0to255dobeginj=(j+Si+Ti)mod256;swap(Si,Sj);end;,2020/5/23,59,第二步：生成密钥。伪随机生成算法PRGA。i=0;j=0;重复下列步骤，直到获得足够长的密钥流。i=(i+1)mod256;j=(j+Si)mod256;swap(Si,Sj);p=(Si+Sj)mod256;k=Sp;,2020/5/23,60,示例,eg：采用RC4算法对明文110101100加密。设n=3，L=3.密钥种子K=5,6,7。,解：第一步：密钥调度。step1:由于n=3，所以S盒的大小为23=8。初始化S=0,1,2,3,4,5,6,7。由于K=5,6,7，生成数组T=5,6,7,5,6,7,5,6,2020/5/23,61,step2:用T对S进行值的置换。fori=0to7j=(j+Si+Ti)mod8;swap(Si,Sj);,T,i=0,j=0,S,(1)i=0,j=5,S,(2)i=1,j=4,S,(3)i=2,j=5,S,2020/5/23,62,step2:用T对S进行值的置换。fori=0to7j=(j+Si+Ti)mod8;swap(Si,Sj);,T,(4)i=3,j=5,S,(5)i=4,j=4,S,(6)i=5,j=6,S,(7)i=6,j=6,S,(8)i=7,j=3,S,2020/5/23,63,第二步：生成密钥。i=0;j=0;重复下列步骤，直到获得足够长的密钥流。i=(i+1)mod8;j=(j+Si)mod8;swap(Si,Sj);p=(Si+Sj)mod8;k=Sp;,明文:110101100,S,i=0,j=0,(1)i=1,j=4,S,p=5,k=6=(110),(2)i=2,j=4,S,p=4,k=0=(000),2020/5/23,64,第二步：生成密钥。i=0;j=0;重复下列步骤，直到获得足够长的密钥流。i=(i+1)mod8;j=(j+Si)mod8;swap(Si,Sj);p=(Si+Sj)mod8;k=Sp;,明文:110101100,(3)i=3,j=3,S,p=6,k=3=(011),所以密文C=(110101100)(110000011)=000101111,2020/5/23,65,RC4算法小结,加密时，将k与明文字节异或，解密时与密文字节异或。为了保证安全，至少使用128位密钥。,2020/5/23,66,示例,eg：采用RC4算法计算密钥流，对000101111解密。设n=3，L=3.密钥种子K=5,6,7。,2020/5/23,67,2、A5算法,A5算法是GSM中执行加密运算的流密码算法，用于从用户手机到基站之间传输的语音和数据。特点：效率高，输出的序列统计性好。但使用的移位寄存器短，易受穷尽攻击。,2020/5/23,68,钟控机制是