1-2：密码学-对称密码.ppt

1、1,对称密码体制,Symmetric Cryptosystem, Tel2,主要内容,古典密码 现代密码体制 对称密码体制 分组密码 序列密码 公钥密码体制,1949年 保密系统的通信理论 密码：艺术科学 20世纪70年代 军事、政治民用,3,分组密码,将明文消息分组（每组含有多个字符，逐组地进行加密） 分组密码的典型代表是DES (Data Encryption Standard)、IDEA、AES 分组密码的基本方法 混乱 扩散,4,分组密码的标准化,计算机系统在商业中的应用，需要一种能使不同企业间进行秘密通信的加密标准 DES（联邦数据加密标准） NBS（美

2、国国家标准局）1973年开始征集 1974年，IBM提交了算法LUCIFER,5,关于Lucifer,IBM公司在60年代启动LUCIFER研究 Lucifer发明者为Horst Feistel，其核心算法被称为feistel网络,6,Feistal Network,7,DES,1977年NBS颁布FIPS PUB 46 原型为lucifer，但密钥降为56位，明文/密文64位 软件实现原则：输入/输出均为8bits的倍数，使用标准处理器的基本指令（加法、移位）完成 硬件实现原则：可以使用相同的器件来进行加/解密运算，尽量使用标准组件结构,8,DES,DES运行体制,初始置换,初始置换的逆置换

3、,9,DES,E表,S盒,置换P,置换选择2,左移,左移,32bit,32bit,28bit,28bit,48,32,Ki,F,DES单轮运行体制,10,DES,E表,32 | 01 02 03 04 | 05 04 | 05 06 07 08 | 09 08 | 09 10 11 12 | 13 12 | 13 14 15 16 | 17 16 | 17 18 19 20 | 21 20 | 21 22 23 24 | 25 24 | 25 26 27 28 | 29 28 | 29 30 31 32 | 01,11,DES,S变换,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,P,密钥,

4、48 bits,12,S盒,13,DES,S盒（S1）,. 14 04 13 01 02 15 11 08 03 10 06 12 05 09 00 07 00 15 07 04 14 02 13 01 10 06 12 11 09 05 03 08 04 01 14 08 13 06 02 11 15 12 09 07 03 10 05 00 15 12 08 02 04 09 01 07 05 11 03 14 10 00 06 13,惟一的非线性部分！,14,DES,P盒,16 07 20 21 29 12 28 17 01 15 23 26 05 18 31 10 02 08 24 1

5、4 32 27 03 09 19 13 30 06 22 11 04 25,15,DES,E表,S盒,置换P,32bit,32bit,48,32,F,16,DES,子密钥的产生 64bits密钥k 删除8个校验比特，进行PC-1置换 分为左右两部分C0，D0 对于第i轮， Ci=LSi(Ci-1), Di=LSi(Di-1), k=PC-2(CiDi),17,DES,PC-1置换,57494133251791585042342618102595143352719113605244366355473931231576254463830221466153453729211352820124,18,

6、DES,PC-2置换,14171124153281562110 23 1912426 816 72720132415231374755304051453348444939563453464250362932,19,DES,安全性 DES的安全性主要依赖于8个非线性代换S-盒 DES算法目前最大的问题就是实际56比特的密钥长度不足以抵御穷举式攻击 弱密钥问题 弱密钥、半弱密钥,20,DES,改进 S盒随机化 三重DES（为什么不用二重DES？）,21,DES,针对DES的密码分析 差分分析法 属于选择明文攻击 基本思想：通过分析特定明文差对结果密文差的影响来获得可能性最大的密钥 247对选择明文

7、，攻击复杂度降到O(237),22,DES,针对DES的密码分析 线性分析法 思想：用线性近似描述DES变换 根据247已知明文，可以找到DES的密钥,23,对称密码体制,其他分组密码体系 IDEA 1990年，由来学嘉与James Massey提出 1992年修订完成 输入/输出：64bits 密钥：128bits,24,对称密码体制,其他分组密码体系 AES 1997年NIST宣布征集AES算法 要求: 与三重DES比，要快且至少一样安全,分组128位,密钥128/192/256位 1998年确定第一轮15个候选者 1999年确定第二轮五个候选者: MARS, RC6, Rijndael,

8、 Serpent, Twofish 2000年底Rijndael胜出，2001年11月出版了最终标准FIPS PUB197,25,Rijndael,分组长度和密钥长度的不同取值,26,ByteSubstitution,ByteRotation,MixColumn,+,Round Key,轮函数构成,27,AES,28,AES,AES的4层轮函数之一,29,AES,AES的S盒,30,AES,AES的4层轮函数之二,循环左移1字节,循环左移2字节,循环左移3字节,31,AES,AES的4层轮函数之三,32,AES,AES的4层轮函数之四,33,AES,加密过程 初始阶段：只计算轮函数四 19轮：

9、依次计算轮函数一四 10轮：计算轮函数一、二、四,34,Plaintext(128 bits),ByteSubstitution,MixColumn,Ciphertext(128 bits),K0,Ki,i=10,ByteRotation,for i=1 to 10,Ciphertext(128 bits),K10,InvMixCoumn,InvByteRotation,InvByteSubstitution,Ki,Plaintext(128 bits),i = 9,for i=9 to 0,加密,解密,AES,35,AES,密钥扩展,36,Byte Substitution,ByteRota

10、te,+,Rcon,AES,密钥扩展,37,AES,密钥扩展,+,+,+,38,AES,轮密钥选取,轮密钥0,轮密钥1,轮密钥2,39,AES,40,对称密码体制,AES 消除了DES中出现的弱密钥的可能 消除了IDEA中发现的弱密钥 使用有限域逆运算构造的S盒，可使线性逼近和差分均匀分布。 有效抵抗了线性攻击和差分攻击。,41,对称密码体制,分组密码操作模式 电子密码本(electronic codebook mode) ECB 密码分组链接(cipher block chaining) CBC 密码反馈(cipher feedback) CFB 输出反馈(output feedback) OFB,42,密码分组链接,43,密码反馈,44,输出反馈,45,对称密码体制,序列密码 军事和外交使用的主要密码技术 产生伪随机序列，对消息按比特进行数据处理 常用方法 LFSR 非线性序列反馈器,46,RC4,Ron Rivest于1987年发明 广泛用于SSL、WEP等协议,47,RC4,S盒初始化 线性填充S，循环填充K for i = 0 to 255 do Si = i Ki = Keyi mod keylen 对i0255: 计算j，交换Si与Sj j = 0 for i = 0 to 255 do j = (j + Si + Ki) (mod 256)