第7讲序列密码体制资料

序列密码基本概念序列密码的加密⽤⼀个随机序列(密钥流)与明⽂序列按位叠加产⽣密⽂，⽤同⼀随机序列与密⽂序列叠加来恢复明⽂。

v由种⼦密钥通过密钥流发⽣器得到的密钥流为：K=k1k2...k n，则加密变换为：C=c1c2...c n其中c i=m i⊕k i i=1,2...n，那么解密变换就是m i=c i⊕k i i=1,2...n密码强度主要依赖于密钥流的安全性同步序列密码密钥序列的产⽣独⽴于明⽂消息和密⽂消息。

特点：⽆错误传播：各符号之间真正独⽴。

⼀个传播错误只影响⼀个符号，不会影响到后继的符号同步：发送⽅和接收⽅必须保持精确的、⽤同样的密钥并作⽤在同样的位置上，才能正确的解密⾃同步序列密码密钥序列是密钥及固定⼤⼩的以往密⽂的函数，依赖于密⽂。

特点：有限错误传播：设密钥序列产⽣器具有n位存储，则⼀个符号的传输错误只影响到后⾯n符号的解密⾃同步：只要接收⽅连续收到n个正确的密⽂符号，密钥序列产⽣器便会⾃动地恢复同步消除明⽂统计特性密钥流⽣成器和密钥流密钥流的要求极⼤的周期：随机序列是⾮周期的，⽽按任何算法产⽣的序列都是周期的，因此应要求密钥流具有尽可能⼤的周期良好的统计特性：随机序列有均匀的游程分布游程：指序列中相同符号的连续段，其前后均为异种符号。

例如：……0 111 0000 10……注意：计算游程的时候要⾸尾相连计算，头和尾的两个0合在⼀起构成长度为2的0游程。

有长为3的1游程、长为4的0游程、长为1的1游程，长为2的0游程。

⼀般要求其在周期内满⾜：同样长度的0游程和1游程的个数相等，或近似相等。

很⾼的线性复杂度：不能⽤级数较⼩的线性移位寄存器LFSR近似代替⽤统计⽅法由密钥序列k0k1k2…ki…提取密钥⽣成器结构或种⼦密钥在计算上不可⾏密钥流⽣成器密钥流⽣成器可以分为：驱动部分⾮线性组合部分驱动部分：控制⽣成器的状态序列，为⾮线性组合部分提供统计性能良好的序列周期很⼤分布较随机⾮线性部分：将驱动部分提供的序列组合成密码特性好的序列可隐蔽驱动序列与密钥k之间明显的依赖关系⽬前密钥流⽣成器⼤都基于移位寄存器FSR通常由线性移位寄存器(LFSR)和⼀个⾮线性组合函数即布尔函数组合，构成⼀个密钥流⽣成器（a）由⼀个线性移位寄存器和⼀个滤波器构成（b）由多个线性移位寄存器和⼀个组合器构成LSFR的优点：⾮常适合硬件实现能产⽣⼤的周期序列能产⽣统计特性好的序列能够应⽤代数⽅法进⾏很好的分析反馈移位寄存器GF(2)上⼀个n级反馈移位寄存器由n个⼆元存储器与⼀个反馈函数f(a1a2...a n)组成Processing math: 100%每个存储器称为移位寄存器的⼀级在任⼀时刻，这些级的内容构成该FSR的状态;对应于⼀个GF(2)上的n维向量，共有2n种可能的状态状态可⽤n长序列a1,a2,a3,…,a n或n维⾏向量(a1,a2,a3,…,a n)表⽰每⼀级存储器a i将其内容向下⼀级a i－1传递，并根据存储器当前状态计算f(a1,a2,a3,…,a n)作为a n下⼀时间的内容example:初始状态为(a1,a2,a3)＝(1,0,1)，输出可由上表求出，其输出序列为10111011101…，周期为4如果反馈函数f(a1,a2,…,a n)是a1,a2,…,a n的线性函数，则称为线性反馈移位寄存器（LFSR）n级LFSR最多有2n个不同的状态初始状态为零，则其状态恒为零若其初始状态⾮0，则其后继状态不会为0因此n级LFSR的状态周期≤2n−1输出序列的周期与状态周期相等，所以≤2n−1选择合适反馈函数可使序列周期达到最⼤值2n−1，周期达到最⼤值的序列称为m序列特征多项式表⽰：1是必须写的，c i的取值和上⾯⼀⼀对应定理：n级LFSR产⽣的序列有最⼤周期2n−1的必要条件是其特征多项式为不可约的定义：若n次不可约多项式p(x)的阶为2n－1，则称p(x)是n次本原多项式，使得p(x)|(x p−1)的最⼩p称为p(x)的阶定理：设{a i}∈G(p(x))，{a i}为m序列的充要条件是p(x)为本原多项式Java实现LSFRpublic class LSFR {public static void newLsfr(List<Integer> lst, int k, List<Integer> key){int temp=0;List<Integer> temp1 = new ArrayList<>(lst);List<Integer> temp2 = new ArrayList<>(key);for(int i = 0;i < k; ++i){boolean flag = false;Integer kOut=0;for (int j = 0;j < 20;++j){if(temp2.get(j).equals(1))kOut = (Integer) ((kOut + temp1.get(j) ^ temp2.get(j)) % 2);}temp1.remove(0);temp1.add(kOut);for(int q = 0;q < 20;q++){if (!temp1.get(q).equals(lst.get(q))) {flag = true;break;}}System.out.println(temp1.toString()+"第"+(i+1)+"次");if(!flag)temp = i+1;}if(temp!=0)System.out.println("周期是："+temp);}对于m-序列（周期为2n−1），如果攻击者知道了2n位明密⽂对，则可确定反馈多项式的系数，从⽽确定该LFSR接下来的状态，也就能得到余下的密钥序列，具体过程如下：三个随机性公设：在⼀个周期内，0与1的个数相差⾄多为1—a i中0与1出现的概率基本上相同在⼀个周期内，长为1的游程占游程总数的1/2，长为2的游程占游程总数的1/22，……，长为i的游程占游程总数的1/2i，……，且等长的游程中0游程个数和1游程个数相等——0与1在序列中每⼀位置上出现的概率相同异相⾃相关函数是⼀个常数——通过对序列与其平移后的序列做⽐较，不能给出其它任何信息⾮线性部分Geffe发⽣器钟控发⽣器交错停⾛式发⽣器门限发⽣器常⽤流密码算法RC4基于⾮线性数组变换优点：易于软件实现，加密解密速度快，⽐DES快10倍A5基于LFSR。

1、密码体制分类及典型算法描述密码体制分为三类：1、换位与代替密码体质2、序列与分组密码体制3、对称与非对称密钥密码体制。

典型算法描述：2、试对代替密码和换位密码进行安全性分析。

1.单表代替的优缺点优点: 明文字符的形态一般将面目全非缺点: (A) 明文的位置不变; (B) 明文字符相同,则密文字符也相同; 从而导致:(I) 若明文字符e被加密成密文字符a,则明文中e的出现次数就是密文中字符a的出现次数; (II) 明文的跟随关系反映在密文之中. 因此,明文字符的统计规律就完全暴露在密文字符的统计规律之中.形态变但位置不变 2. 多表代替的优缺点优点: 只要(1) 多表设计合理,即每行中元互不相同,每列中元互不相同.(这样的表称为拉丁方表) (2) 密钥序列是随机序列即具有等概性和独立性。

这个多表代替就是完全保密的。

等概性:各位置的字符取可能字符的概率相同独立性在其它所有字符都知道时也判断不出未知的字符取哪个的概率更大。

2. 多表代替的优缺点密钥序列是随机序列意味着1密钥序列不能周期重复2密钥序列必须与明文序列等长3这些序列必须在通信前分配完毕4大量通信时不实用5分配密钥和存储密钥时安全隐患大。

缺点周期较短时可以实现唯密文攻击。

换位密码的优缺点优点: 明文字符的位置发生变化;缺点: (A) 明文字符的形态不变;从而导致: (I) 密文字符e的出现频次也是明文字符e的出现次数; 有时直接可破! (如密文字母全相同) 换位密码优缺点总结:位置变但形态不变. 代替密码优缺点总结: 形态变但位置不变3、ADFGX密码解密过程分析1918年第一次世界大战已经接近尾声。

为了挽回日趋不利的局面德军集中了500万人的兵力向协约国发动了猛烈的连续进攻。

采用一种新密码ADFGX密码体制。

该密码用手工加解密费时不多符合战地密码的基本要求。

进行了两次加密有两个密钥一个是代替密钥棋盘密钥一个是换位密钥。

其结果是把前面代替加密形成的代表同一明文字符的两个字母分散开破坏密文的统计规律性。

密码学与网络安全第七讲身份鉴别讨论议题1.鉴别的基本概念2.鉴别机制3.鉴别与交换协议4.典型鉴别实例一、鉴别的基本概念1、鉴别--Authentication鉴别就是确认实体是它所声明的,也就是确保通信是可信的。

鉴别是最重要的安全服务之一，鉴别服务提供了关于某个实体身份的保证。

（所有其它的安全服务都依赖于该服务）；鉴别可以对抗假冒攻击的危险。

2、鉴别的需求和目的1)问题的提出：身份欺诈；2)鉴别需求：某一成员（声称者）提交一个主体的身份并声称它是那个主体。

3)鉴别目的：使别的成员（验证者）获得对声称者所声称的事实的信任。

3、身份鉴别定义：证实客户的真实身份与其所声称的身份是否相符的过程。

依据：1)密码、口令等；2)身份证、护照、密钥盘等3)指纹、笔迹、声音、虹膜、DNA等4)协议4、鉴别协议•双向鉴别(mutual authentication)• 单向鉴别(one-way authentication)1）双向鉴别协议：最常用的协议。

该协议使得通信各方互相认证鉴别各自的身份，然后交换会话密钥。

• 基于鉴别的密钥交换核心问题有两个：–保密性：确保信息的机密性，阻止截取、窃听等攻击；–实效性；阻止冒充、篡改、重放等攻击。

为了防止伪装和防止暴露会话密钥，基本身份信息和会话密钥信息必须以保密形式通信，这就要求预先存在密钥或公开密钥供实现加密使用。

第二个问题也很重要，因为涉及防止消息重放攻击。

鉴别的两种情形• 鉴别用于一个特定的通信过程，即在此过程中需要提交实体的身份。

1）实体鉴别（身份鉴别）：某一实体确信与之打交道的实体正是所需要的实体。

只是简单地鉴别实体本身的身份，不会和实体想要进行何种活动相联系。

在实体鉴别中，身份由参与某次通信连接或会话的远程参与者提交。

这种服务在连接建立或在数据传送阶段的某些时刻提供使用, 使用这种服务可以确信(仅仅在使用时间内)：一个实体此时没有试图冒充别的实体, 或没有试图将先前的连接作非授权地重演。

《密码学》教案张焕国，唐明，伍前红武汉大学计算机学院一、教学目的本课程是计算机科学与技术、信息安全专业的专业选修课。

开设本课程的目的是使学生了解并掌握计算机安全保密所涉及的基本理论和方法，具备保障信息安全的基本能力。

二、教学要求通过讲授、讨论、实践，使学生了解计算机安全的威胁、密码学算法、安全技术的发展，熟悉计算机安全保密的基本概念、操作系统安全和网络安全，掌握计算机密码学的基本理论、基本方法、常见加密算法及其实现技术、应用方法，重点掌握传统加密算法、DES算法、AES算法、背包算法、RSA算法、ECC算法、DSA算法等。

第一讲密码学的基本概念一、信息安全学科概论1、信息安全学科建设2001年经教育部批准武汉大学创建了全国第一个信息安全本科专业；2007年全国信息安全本科专业已达70多所高校；2003年经国务院学位办批准武汉大学建立信息安全硕士点、博士点、博士后流动站2007年1月成立国家信息安全教指委2006年武汉大学信息安全专业获湖北省“品牌专业”武汉大学成为我国信息安全科学研究和人才培养的重要基地。

2、信息安全学科特点●信息安全学科是交叉学科：计算机、通信、数学、物理、生物、管理、法律等；●具有理论与实际相结合的特点；●信息安全技术强调整体性、系统性、底层性；●对信息安全来说，法律、管理、教育的作用很大，必须高度重视。

●人才是关键，人的综合素质是关键的关键！3、武汉大学的办专业思路以学信息安全为主，兼学计算机、通信，同时加强数学、物理、法律等基础，掌握信息安全的基本理论与技能，培养良好的品德素质。

二、信息安全的基本概念1、信息安全事关国家安全信息成为社会发展的重要战略资源，信息技术改变着人们的生活和工作方式。

信息产业成为新的经济增长点。

社会的信息化已成为当今世界发展的潮流。

信息获取、处理和安全保障能力成为综合国力的重要组成部分。

信息安全事关国家安全，事关社会稳定。

2、信息系统安全的概念能源、材料、信息是支撑现代社会大厦的三根支柱。

简述密码体制
密码体制就是完成加密和解密功能的密码方案或密码算法。

一个密码体制(Cryptosystem)或密码算法通常由以下5个部分构成:
①明文空间(全体明文的集合);②密文空间(全体密文的集合);
③密钥空间(全体密钥的集合);④加密器或加密变换(算法),由加密密钥控制的加密变换的集合,即;⑤解密器或解密变换(算法),由解密密钥控制的解密变换的集合,即。

密码体制的分类:
(1)根据密文数据段是否与明文数据段在整个明文中的位置有关否,可以将密码体制分为分组密码体制和序列密码体制。

(2)根据加密变换是否可逆,可以将密码体制分为单向变换密码体制和双向变换密码体制。

(3)根据在加密过程中是否引入客观随机因素,可以将密码体制分为确定型密码体制和概率密码体制。

【密码学】序列密码序列密码就是对密⽂进⾏逐⼀的加密或者解密和分组密码⽐起来，分组密码是⼀组⼀组加密，序列密码就是逐个加密序列密码的安全性能主要取决于密钥流或者密钥流产⽣器的特性。

优点：实现简单、加密和解密速度快、安全性能较好、没有或少有差错传播序列密码的基本结构1.同步序列密码 同步序列密码的原理： 种⼦密钥k经过由安全信道传送给收、发双⽅后，由密钥流产⽣器⽣成加密和解密所需要的密钥流，⽽加、解密本⾝就是简单的模2加法运算。

同步序列密码的特点： ①密钥流仅仅依赖于种⼦密钥和密钥流产⽣器的结构，⽽与明⽂流（或密⽂流）⽆关。

②如果密钥流完全随机产⽣且长度⾄少和明⽂流⼀样长，则可实现绝对安全的“⼀次⼀密”。

但实际上，这很难做到。

③⽆差错传播。

因为密钥流独⽴于密⽂流，所以⼀个密⽂的传输错误不会影响下⼀个密⽂的解密。

④为了保障接收端能够正确解密，要求收、发双⽅必须严格同步。

2.⾃同步序列密码 ⾃同步序列密码的简介： 与同步序列密码需要收、发双⽅严格同步不同，⾃同步序列密码能够依靠⾃⾝的能⼒“⾃动地”实现收、发双⽅的同步，因⽽是⼀种不需要外部同步的序列密码系统。

⾃同步序列密码的特点： ①密钥流不仅依赖于种⼦密钥和密钥流产⽣器的结构，还与密⽂流（或明⽂流）有关。

初始向量IV在这⾥相当于初始密⽂的作⽤，要求收、发双⽅必须相同。

②⾃同步。

解密只取决于先前特定数量的密⽂字符，因此，即使出现删除、插⼊等⾮法攻击，收⽅最终都能够⾃动重建同步解密，因⽽收、发双⽅不再需要外部同步。

③有差错传播。

因为密钥流与密⽂流有关，所以⼀个密⽂的传输错误会影响下⾯有限个密⽂的解密。

密钥流产⽣器密钥流产⽣器是决定序列密码安全性能的主要因素，因⽽线性反馈寄存器是密钥流产⽣器最基本也是最重要的部件。

1.线性反馈移位寄存器定义：如果将移位寄存器的某些级的输出通过异或（模2加）运算函数运算后反馈回它的第⼀级输⼊端，便构成了线性反馈移位寄存器。