分组密码中s盒的密码学特性

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1、工程硕士学位论文摘要S盒首次出现在Lucifer算法中，随后因DES的使用而广为流行。S盒是许多分组密码算法中唯一的非线性部件，因此，它的密码强度决定了整个密码算法的安全强度，它的工作速度决定了整个算法的制乱速度。特别地，使用高强度的S盒对于增强Feistel型密码,SPN型密码和IDEA型密码的安全性起着至关重要的作用。目前对分组密码的设计主要集中在非线性S盒的设计、置换方法的选择和寻找好的密钥扩展方案。S盒的设计和构造主要集中在S盒的设计准则和构造方法上，S盒的设计准则主要有：非线性度、差分均匀度、代数次数及项数分布、扩散准则，平衡性以及相关免疫性。本文在跟踪美国AES

2、计划和欧洲NESSIE计划的基础上，对分组密码中S盒的设计准则以及设计准则的相互关系进行了探讨。介绍了目前S盒的主要设计思想和方法，并给出了差分均匀性与非线性度，正交性，扩散效应之间的相互关系。在此基础上，对Serpent算法和MISTY1算法中S盒的平衡性、非线性度、差分均匀性、严格雪崩准则和扩散准则等密码学性质进行了分析，并给出了其S盒的循环迭代周期和各输出比特布尔函数的详细表达式；利用布尔函数Walsh循环谱，分析了Camellia算法中S盒的平衡性、非线性度、相关免疫性、严格雪崩准则和扩散准则等密码学性质，并且具体给出了第一个S盒各输入元的循环迭代周期和4个S盒的自

3、相关函数值和输出比特布尔函数的项数。关键词：分组密码；S盒；设计准则；多输出布尔函数；Serpent算法；Camellia算法；MISTY1算法I分组密码中S盒的密码学性质ABSTRACTS-boxfirstappearedintheLuciferalgorithmandbecamepopularwiththeapplicationoftheDES.S-boxistheonlynonlinearcomponentinmanycryptosystem.Therefore,thestrengthoftheS-boxdeterminesthestrengthofthewholec

4、ryptosystem,anditsefficiencydeterminestheefficiencyofthewholecryptosystem.Specially,theS-boxwithhighstrengthplaysaroleinstrengtheningthescurityofthecipherwithFeistel,SPNandIDEA.AtpresentthedesigningoftheblockciphermainlyfocusesonthenonlinearS-boxdesign,thechoiceofpermutationmethodandthebet

5、terkeyschedule.ThedesignandtheconstructionoftheS-boxmainlyinvolvesitsdesigncriteriaandconstructingmethod.Themajordesigningcriteriaare:nonlinearity,differentialproperties,algebraicdegree,distributionofterm,diffusecriteria,balancityandCorrelationImmunity..BasedonthetracingofAESschemeintheU.S

6、.AandtheNESSIEschemeinEurope,thisthesismadeadeepandcomprehensiveresearchonthedesigningcriteriaandtheirrelationshipofS-boxinblockcipher.ThethesisintroducedthemajordesigningideasonS-boxexisitingatpresent,andclarifiedtherelationbetweendifferentialpropertiesandnonlinearity,aswellasbalancityand

7、diffusecriteria.Further,ThethesisanalyzethecryptographicpropertiesoftheSerpentalgorithmandMISTY1algorithm,andgivetheoverlapdistributingperiodsandthedetailedboolexpressionoftheoutputbitoftheirS-boxes.BasedontheboolWalshcyclespectrum,thethesisanalyzethecryptogra