现代密码学 第5讲IDEA.ppt

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1、3.5IDEA瑞士联邦技术学院来学嘉（X.J.Lai）和J.L.Massey提出的第1版IDEA（internationaldataencryptionalgorithm，国际数据加密算法）于1990年公布，当时称为PES（proposedencryptionstandard，建议加密标准）。1991年，在Biham和Shamir提出差分密码分析之后，设计者推出了改进算法IPES，即改进型建议加密标准。1992年，设计者又将IPES改名为IDEA，目前已在PGP中采用。2021/9/913.5.1设计原理算法中明文和密文分组长度都是64比特，密钥长128比特。其设计原理可

2、从强度和实现两方面考虑。1.密码强度算法的强度主要是通过有效的混淆和扩散特性而得以保证。2021/9/92混淆是通过使用以下3种运算而获得，3种运算都有两个16比特的输入和一个16比特的输出：①逐比特异或，表示为。②模216（即65536）整数加法，表示为，其输入和输出作为16位无符号整数处理。③模216+1（即65537）整数乘法，表示为⊙，其输入、输出中除16位全为0作为216处理外，其余都作为16位无符号整数处理。例如0000000000000000⊙1000000000000000=1000000000000001这是因为216×215mod(216+1)=(2

3、16+1)×215-215=-215=215+1mod(216+1)见P58表3-6+2021/9/93Efficientcomputationof⊙?n=16,直接计算abmod65537代价大;Low-highalgorithmabmod2n+1=(abmod2n)−(abdiv2n)如(abmod2n)≥(abdiv2n)(abmod2n)−(abdiv2n)+2n+1如(abmod2n)<(abdiv2n)–abmod2n:ab的n个最低有效位–abdiv2n:ab右移n位如4⋅8mod17=(32mod17)=(0010,0000)mod17)=(32mod16

4、)−(32div16)+17=(0000)−(0010)+17=15ab=q(2n+1)+r=q2n+(q+r)=(q+1)2n+(q+r−2n)2021/9/94表3.6给出了操作数为2比特长时3种运算的运算表。在以下意义下，3种运算是不兼容的：（见58页表3.6）①3种运算中任意两种都不满足分配律，例如a+（b⊙c）≠(a+b)⊙(a+c)②3种运算中任意两种都不满足结合律，例如a+（bc）≠(a+b)c+3种运算结合,使得对IDEA的密码分析比对仅使用异或运算的DES更为困难。2021/9/95算法中扩散是由称为乘加（multiplication/additio

5、n,MA）结构的基本单元实现的。该结构的输入是两个16比特的子段和两个16比特的子密钥，输出也为两个16比特的子段。MA结构2021/9/962.实现IDEA可方便地通过软件和硬件实现。①软件实现采用16比特子段处理，可通过使用容易编程的加法、移位等运算实现算法的3种运算。②硬件由于加、解密相似，差别仅为使用密钥的方式，因此可用同一器件实现。2021/9/97加密过程由连续的8轮迭代和1个输出变换组成.每轮迭代以4个16比特的子段作为输入，输出也为4个16比特的子段,链接起来后形成64比特的密文分组。每轮需使用6个16比特的子密钥，输出变换需使用4个16比特的子密钥，所以

6、子密钥总数为52。图表示由初始的128比特密钥产生52个子密钥的子密钥产生器。3.5.2加密过程2021/9/98轮结构每轮开始时有一个变换，该变换的输入是4个子段和4个子密钥，变换中的运算是两个乘法和两个加法，输出的4个子段经过异或运算形成了两个16比特的子段作为MA结构的输入。MA结构也有两个输入的子密钥，输出是两个16比特的子段。变换的4个输出子段和MA结构的两个输出子段经过异或运算产生这一轮的4个输出子段。由X2产生的输出子段和由X3产生的输出子段交换位置后形成W12和W13，目的在于进一步增加混淆效果，使得算法更易抵抗差分密码分析。2021/9/99输出变换输出

7、变换的结构和每一轮开始的变换结构一样，不同之处在于输出变换的第2个和第3个输入首先交换了位置，目的在于撤销第8轮输出中两个子段的交换。第9步仅需4个子密钥，而前面8轮中每轮需要6个子密钥。轮开始的变换结构2021/9/9102.子密钥的产生前8个子密钥Z1，Z2，…，Z8直接从加密密钥中取，即Z1取前16比特（最高有效位），Z2取下面的16比特，依次类推。然后加密密钥循环左移25位，再取下面8个子密钥Z9，Z10，…，Z16，取法与Z1，Z2，…，Z8的取法相同。这一过程重复下去，直到52子密钥都被产生为止。2021/9/91