第7讲序列密码体制资料

解密： m i =C i⊕K i 显然，mi⊕K i⊕K i =m i
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事实上，序列密码算法其安全性依赖于简单的异或运算和密钥 序列。密钥流发生器生成的看似随机的密钥流实际上是确定的，在 解密的时候能很好的将其再现。密钥流发生器输出的密钥越接近随 机，对密码分析者来说就越困难。
如果密钥流发生器每次都生成同样的密钥流的话，对攻击来说， 破译该算法就容易了。
① 人们试图以序列密码方式仿效“一次一密”密码 ② 序列密码的理论已经比较成熟，而且具有工程实现容易、效
率高等特点 ③ 采用一个短的种子密钥来控制某种算法产生出长的密钥序列
，供加、解密使用，而短的种子密钥的存储、分配都较容易
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序列密码 vs. 分组密码
分组密码以一定大小的分组作为每次处理的基本单元，而序列密 码则以一个元素（如一个字母或一个比特）作为基本的处理单元。
密码设计者的最大愿望是设计出一个滚动密钥生成器，使得密 钥经其扩展成的密钥流序列具有如下性质：
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自同步序列密码的特点
- 自同步 自同步的实现依赖于密文被删除或插入，因为解密只取决于
先前固定数量的密文字符。自同步序列密码在同步丢失后能够自 动重新建立正确的解密，只有固定数量的明文字符不能被恢复。 - 有限的错误传播
因为自同步序列密码的状态取决于n个已有的密文字符，如果 一个密文字符在传输过程中被修改，则解密时最多影响到后续n 个字符的解密恢复，会发生有限的错误传播。 - （由于具有自同步能力，)强化了其抗统计分析的能力
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密钥k 密钥流 生产器
明文流mi
密 钥 流 Ki
加密算法E
密钥k（基于安 全通道传递
密文流ci
密钥流 生产器
密钥k
密 钥 流 Ki
解密算法D
明文流mi
自同步序列密码模型
•自同步流密码SSSC(Self-Synchronous Stream Cipher)
内部状态i依赖于(kI,i-1,mi)，使密文ci不仅与当前输入mi有 关，而且ki对i的关系还与以前的输入m1, m2 ,…,mi-1有关。一般 在有限的n级存储下将与mi-1,…,mi-n有关。
- 对失步的敏感性
- 收方的解密将一直错误，直到重新同步为止 - 容易检测插入、删除、重播等主动攻击
-无错误传播
当通信中某些密文字符产生了错误（如0变成1，或1变成 0），只影响相应字符的解密，不影响其它字符。
- 对主动攻击时异常敏感而有利于检测。
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- 序列密码ห้องสมุดไป่ตู้密钥流序列应具备的性质
应用密码学
张仕斌 万武南 张金全 孙宣东编著
西安电子科技大学出版社 二00九年十二月
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第4章 序列密码体制
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知识点：
◇ 序列密码的概念 ◇ 线性反馈移位寄存器 ◇ 序列和周期 ◇ 非线性序列简介 ◇ 常用序列密码
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起源
- 一次一密 无条件安全：在理论上是不可破译的 但：要求密钥与明文具有相同长度、且不可重复使用，增加了 密钥分配与管理的困难 对策：用一个较小的密钥来伪随机地生成密钥流。
假的Alice得到一份密文和相应的明文，她就可以将两者异或 恢复出密钥流。或者，如果她有两个用同一个密钥流加密的密文， 她就可以让两者异或得到两个明文互相异或而成的消息。这是很容 易破译的，接着她就可以用明文跟密文异或得出密钥流。
现在，无论她再拦截到什么密文消息，她都可以用她所拥有的 密钥流进行解密。另外，她还可以解密，并阅读以前截获到的消息 。一旦Alice得到一明文/密文对，她就可以读懂任何东西了。
对于明文而言，这类加密变换是无记忆的，但它是时变的；只有保 持两端精确同步才能正常工作；无差错传播(Error Propagation) 。
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同步序列密码的特点
- 在保密通信过程中，通信的双方必须保持精确的同步
对于同步序列密码，只要通信双方的密钥序列产生器具有相 同的种子密钥和相同的初始状态，就能产生相同的密钥序列。
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2．同步序列密码
密钥流 生产器
密钥k（基于安全通道传递
密钥流 生产器
明文流mi
密 钥 流 Ki
加密算法E
密文流ci
密 钥 流 Ki
解密算法D
明文流mi
同步序列密码模型
同步流密码SSC(Synchronous Stream Cipher)：
内部状态i与明文消息无关，密钥流将独立于明文。因此，
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这就是为什么所有序列密码需要随机密钥的原因。密钥流发生 器的输出是密钥的函数。
这样，Alice有一个明文/密文对，但她只能读到用特定密钥加 密的消息。
更换密钥，攻击者就不得不重新分析。
流密码是将明文划分成字符(如单个字母)，或其编码的基本单元( 如0, 1数字)，字符分别与密钥流作用进行加密，解密时以同步产生 的同样的密钥流实现。
• 流密码强度完全依赖于密钥序列的随机性(Randomness)和不 可预测性(Unpredictability)。
• 核心问题是密钥流生成器的设计。
• 2保019持/6/1收0 发两端密钥流的精确同步是实现可靠解密的关键技8 术。
- 序列密码的分类:
1.自同步序列密码
自同步序列密码就是密钥流的每一位是前面固定数量密文位的 函数，下图和下页图描述了其工作原理。其中，内部状态是前面n 比特密文的函数。该算法的密码复杂性在于输出函数，它收到内部 状态后生成密钥序列位。
序列密码算法将明文逐位转换成密文，如下图所示。
密钥流发生器（也称为滚动密钥发生器）输出一系列比特流：K1， K2，K3，……Ki 。密钥流（也称为滚动密钥）跟明文比特流（m1，m2， m3，……mi ） ，进行异或运算产生密文比特流。
加密： C i =mi⊕K i
在解密端，密文流与完全相同的密钥流异或运算恢复出明文流。
序列密码使用一个随时间变化的加密变换，具有转换速度快、低 错误传播的优点，硬件实现电路更简单；其缺点是：低扩散（意味 着混乱不够）、插入及修改的不敏感性。
分组密码使用的是一个不随时间变化的固定变换，具有扩散性好、 插入敏感等优点；其缺点是：加密处理速度慢。
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4.1 序列密码的概念