新编密码学——序列密码

文章目录

  • 一、一次一密(OTP)
  • 二、序列密码
    • 2.1、实用序列密码系统模型
    • 2.2、分组密码与序列密码的对比
    • 2.3、流密码的需求
    • 2.4、序列密码的分类
  • 三、反馈移位寄存器FSR
  • 四、线性反馈移位寄存器LFSR (重点)
    • 4.1、优点
    • 4.2、表示方法(重点)
    • 4.3、例子(重点)
    • 4.4、游程(重点)
    • 4.5、序列随机性能评价:伪随机序列

一、一次一密(OTP)

新编密码学——序列密码_第1张图片

  • 特点:

    • 加解密操作相同 — 逐bit异或
    • 密钥流是真随机序列
  • 优点:

    • 加解密速度非常快。
  • 缺点: 双方实现长度长且相同的真随机密钥流是非常困难的

将优点和缺点折中之后,就是序列密码

二、序列密码

2.1、实用序列密码系统模型

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  • 序列密码体制的安全强度完全取决于密钥流的安全性
  • 实用的流密码以长度较短的初始密钥k经过密钥流生成器产生周期较长的伪随机序列

2.2、分组密码与序列密码的对比

分组密码 序列密码
密码编排(生成) 较简单 复杂
加密/解密 复杂 非常简单

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2.3、流密码的需求

密钥经其扩展成的密钥流序列应具有如下性质:

  • 良好的统计特性
  • 抗线性分析
  • 极大的周期:由于密钥生成器中状态有限,密钥序 列一定是可重复的
  • 不可预测性

2.4、序列密码的分类

  • 同步序列密码:
    • 密钥流的产生完全独立于明文和密文
    • 加解密双方要求位置完全同步,如果哪位缺失,从丢失位置开始,解密出错。
    • 优点:
      • 对失步的敏感性,使我们能够容易检测插入、删除、 重放等主动攻击。
      • 没有错误传播,当通信中某些密文字符产生了错误 (0错成1或1错成0,不是插入和删除),只影响相应 字符的解密,不影响其它字符
  • 自同步序列密码:
    • 密钥流的产生依赖于固定长度的明文或密文
    • 优点:
      • 自同步
      • 错误传播有限性
      • 抗统计分析

三、反馈移位寄存器FSR

设计密钥流生成方法时,需要考虑:

  • 种子密钥k应该易于分配和管理:k要比较短。
  • 密钥流生成方法应该易于快速实现:基本部件----反馈移位寄存器
  • 安全性:非线性部件

图示:反馈移位寄存器 : 移位寄存器 + 反馈函数f。

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若f为线性函数:LFSR

若f为非线性函数:NLFSR

例子:

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四、线性反馈移位寄存器LFSR (重点)

4.1、优点

  • 非常适合于硬件实现
  • 可以产生大周期的序列
  • 产生的序列具有良好的统计特性
  • 在结构上具有一定的特点,便于利用代数 方法对其进行分析

4.2、表示方法(重点)

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4.3、例子(重点)

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4.4、游程(重点)

令 s 是一个序列,s 的一个游程是指 s 的包含连续 个 0 或连续个 1 的子序列,且其前后均为与其不 同的符号。0 游程称为沟,1 游程称为块。

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4.5、序列随机性能评价:伪随机序列

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