[物理]分组密码 41分组密码设计原则和设计方法.ppt

密码学 第四章 分组密码 主要内容：分组密码的基本概念，分组密码的基本设计原则和设计方法，典型的分组密码算法，常见的分组密码攻击方法，以及分组密码的工作模式等。 重点：数据加密标准(DES)、高级加密标准(AES)。 希望大家能理解分组密码设计的原理与方法，掌握DES、AES等分组密码算法，了解常见的分组密码安全性分析方法。 第四章 分组密码 4.1 分组密码设计原则和设计方法 分组密码概述 分组密码设计原则 分组密码设计方法 4.1 分组密码设计原则和设计方法 分组密码是将明文数据序列按固定长度进行分组，然后在同一密钥控制下用同一算法逐组进行加密，从而将各个明文分组变换成一个长度固定的密文分组的密码。 一、分组密码概述 二进制明文的分组长度称为该分组密码的分组长度或分组规模。同样，二进制密钥的长度称为分组密码的密钥长度或密钥规模。 主要特点：同一密钥，同一加密算法， 分组加密，分组长度固定。 …… 加密算法 k 加密算法 k …… …… 明文 密文 加密： 一、分组密码概述 明文分组长度为n，密文分组长度为s，若n s，则称其为有数据压缩的分组密码； 若n s，则称其为有数据扩展的分组密码。 本章我们都取 n = s 例1 移位密码中的电文倒置法 明文为： 2346 3498 密文为： 6432 8943 密钥（4321） 一、分组密码概述 例2 代替密码 明文为： 2346 3498 密文为： 4560 5628 一、分组密码概述 1 安全原则 2 实现原则 二、分组密码基本设计原则 1 安全原则 二、分组密码基本设计原则 安全性是分组密码设计时应考虑的最重要因素。人们一般将Shannon提出的混乱原则和扩散原则作为保证分组密码安全性的两个基本设计原则。 混乱原则 1.安全原则 扩散原则 二、分组密码基本设计原则 混乱原则(又称混淆原则)(Confusion) 混乱原则就是将密文、明文、密钥三者之间的统计关系和代数关系变得尽可能复杂，保证密钥和明文的任何信息既不能由密文利用统计关系确定出来，又不能由密文利用代数方法确定出来。 二、分组密码基本设计原则 可进一步理解为： 　　（1）当前明文不能由已知的明文、密文及少许密钥比特代数地表示出来。 　　（2）当前密钥不能由已知的明文、密文及少许密钥比特统计地表示出来。 混乱原则使得分组密码算法有足够的 “非线性”因素。 二、分组密码基本设计原则 扩散原则(Diffusion) 　扩散原则要求人们设计的密码应使得每个明文比特和密钥比特影响尽可能多的密文比特。 扩散原则应将明文的统计规律和结构规律散射到相当长的一段统计中去。 二、分组密码基本设计原则 （1）明文和密钥中的每一位影响密文中的尽可能多的位； （2）密文中的每一位都受到明文和密钥中的尽可能多位的影响。 扩散原则使得每个明文比特和密钥比特均应影响密文的所有比特。 二、分组密码基本设计原则 2 实现原则 二、分组密码基本设计原则 便于实现是分组密码设计时应考虑的重要因素。分组密码应符合简单、快速和成本低廉的原则。 分组密码应适合硬件和(或)软件实现。硬件实现速度快；软件实现灵活性强、成本低廉。 例: 对高速通信数据的加密----硬件实现; 嵌入到系统软件的加密程序----软件实现 硬件 实现原则 2.实现原则 软件 实现原则 二、分组密码基本设计原则 硬件实现原则 硬件实现分组密码，通常是将密码算法做成一个专用的超大规模集成电路芯片。这可使加、脱密运算高速完成，但需大批量生产方可降低成本。因此，硬件实现适合对信息快速、实时进行处理的系统，以及可大规模生产的时候。 二、分组密码基本设计原则 硬件实现原则 用硬件实现的分组密码应遵循下述原则： (1) 加、脱密算法结构相同； (2) 结构的规则性； (3) 设计成迭代型； (4) 选择易于硬件实现的编码环节，避免硬件难于实现的编码环节。 二、分组密码基本设计原则 软件实现原则 软件实现分组密码，成本较低且可以灵活地编程，但其速度一般没有硬件实现快。 用软件实现的分组密码应遵循下述原则： (1) 加、脱密算法结构的相似性； (2)