分组密码与流密码的分析设计与比较

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1、分组密码与流密码的分析设计与比较1引言随着科技的发展，信息安全在现代电子通信等方面发挥着越来越重要的作用密码编码学是应对各种信息安全威胁的最有效的方法。所谓密码编码学，是指生成高强度、有效的加密或认证算法。欲传送的原始信息叫做明文，对其进行可逆的数字变换后的信息称为密文。发送者通过加密算法对明文进行加密，得到密文，这个过程称为加密。接收者收到经过处理的密文后，通过解密算法，还原成明文，这一过程称为解密。密码系统所采取的基本工作模式叫做密码体制，主要分为两大类：对称密钥密码体制与非对称密钥密码体制。对称密钥密码体制中的加密密钥与解密密钥相同，需要安全可靠的密钥传递信道，通信双方需保管好密钥

2、。非对称密钥密码体制中加密与解密分别有一个对应的密钥，发送者查询接收者公开的公钥对明文进行加密，接收者收到密文后再利用只有自己知道的私钥进行解密。对称密钥密码体制又分为两大类，分别是分组密码与流密码。所谓分组密码，就是按照算法设计者预先设定的长度把明文分割成块，再对每一分组进行加密解密的算法。而对比特进行运算、采用”一次一密”的算法，则称为流密码。2分组密码2.1概论所谓分组密码，其明文分为若干个数据块，加密后得到的密文仅与给定的密钥算法和密钥有关，与被处理的明文数据块在整个明文中所处的位置无关。较典型的分组密码算法有DES算法、IDEA算法、AES算法等。算法设计者事先设定好分块的长度

3、，算法将明文按照该长度进行分组，再在这些定长的分组上进行运算。在分组密码的设计中，加密与解密的处理是建立在块的基础上。算法把明文分成设定的大小，通常为64bit或128bit,再对每个块单独编码。2.2设计原则创立了经典信息论的数学家C.E.Shannon在1949年时发表了一篇名为”《保密系统的通信理论》的论文。在这篇论文中，Shannon提出了如何设计分组加密的组合密码系统。其中，设计分组密码需要依据两个一般原则，分别是混淆原则和扩散原则。实现混淆原则，实际上就是复杂化密文的统计特性与和密钥的依赖关系。扩散原则，即所设计的密码应使得密钥的每一位数字影响密文的许多位数字以防止对密钥进行

4、逐段破译，且明文的每一位数字也影响密文的许多位数字以隐蔽明文数字统计特性。混淆原则与扩散原则的实现，奠定了分组密码设计的基础。3AES3.1概述为了确定一个更能保护敏感信息安全的、非保密的分组密码算法，美国国家标准和技术研究所在1997年开始征集高级加密标准。2000年9月，经过两轮评估，美国国家标准和技术研究所最后把Rijndael的算法确定为AES的最终算法。Rijndael算法的本质是SP网络，S与P分别表示替代与置换，替代起混淆作用，而置换起扩散作用。这是一种乘积密码，它包含了一定数量的迭代，而每一次迭代都包括了替代和置换，一般是先进行替换操作，再进行置换操作oRijndael算

5、法的分组长度与密钥长度均为可变长度，但一般分组长度设为128bito3.2设计原理由于AES算法的分组长度设定为128bit,故一般将该状态设计成一个4*4大小的矩阵，称为一个状态。该分组被复制到状态分组，这个数组在加密或解密的每个阶段都会改变。该算法的密钥也是用字节为单位的矩阵描述。在这些矩阵中的排列顺序是从上到下、从左到右。AES算法中有一些运算是针对列进行的。其算法过程主要包括以下四个变换：字节替换、行移位、列混合和圈密钥加。一共经过n轮，前n-1轮都包含了以上四个变换，最后一轮则只有字节替换、行移位和圈密钥加，由于该算法密钥长度设为128bit(本文中AES算法均为128位)，故

6、轮数为10o(1)字节替换这是作用在字节上的一种非线性字节变换，独立地对每一个字节进行，是可逆的。主要由两个变换合成，一是对每个字节求它的乘法逆元，其中零多项式没有乘法逆元，仍表示为它自身。二是对所求得的乘法逆进行仿射变换。可以通过查表替换。(2)行移位数据块的第0行保持不变，第1行左移C1位，第2行左移C2位，第3行左移C3位，移位值与分组长有关。对于128bit来说，第1行左移1位，第2行左移2位，第3行左移3位。(3)列混合每一直行的四个字节透过线性变换互相结合。每一直行的四个元素分别当作bx,x2,x3的系数,合并即为GF(28)中的一个多项式，接着将此多项式和一个固定的多项式c

7、(x)=3x3+x2+x+2在x4+l下相乘。(4)圈密钥加在每次的加密循环中，都会由主密钥产生一把回合密钥，大小与原矩阵一样，可以和原矩阵中每个对应的字节作异或运算。每一个回合密钥由初始密钥通过密钥扩展算法得到。4流密码4.1概论流密码，又称序列密码，是对明文中单个位进行运算的算法，常用于对军事和外交信息安全的处理。加密时，算法会将伪随机序列与明文序列模2加，产生密文序列。在这里,伪随机序列的生成主要依靠一个伪密钥流生成器，生成一