应用密码学-2016-(第11讲)-流密码

流密码名词解释流密码是一种用于保护信息安全的密码算法。

它通过对数据流逐位进行加密和解密，以确保数据在传输和存储过程中的保密性。

不同于传统的块密码算法，流密码是一种流式加密算法，它将明文划分为一个个的位，然后通过一系列的加密操作，将明文转化为密文。

流密码的基本原理是使用一个密钥生成一个伪随机的密钥流，再将密钥流与明文进行异或运算，得到密文。

解密时，使用相同的密钥再次生成密钥流，并将密文与密钥流进行异或运算，即可恢复出原始的明文。

流密码的加密速度通常非常快，并且不受明文长度的限制。

它可以用于各种不同的应用场景，包括通信、存储和计算机网络等。

对于需要实时传输和处理大量数据的系统，流密码是一种非常有效的加密方式。

流密码具有以下几个重要的特点：首先，流密码具有良好的扩展性。

它可以方便地应用于各种不同的通信协议和网络环境，无论是传统的有线网络还是无线网络。

其次，流密码的安全性与密钥的选择和管理密切相关。

密钥的强度和安全性直接影响着流密码算法的安全性。

因此，在使用流密码时，必须注意密钥的保密性和更新策略，以及密钥生成算法的安全性。

再次，流密码对明文的保密性非常高。

由于流密码是逐位进行加密的，所以即使部分明文被攻击者获取，也无法得到完整的明文信息。

最后，流密码具有较低的存储空间需求。

由于流密码是逐位加密的，不需要额外的存储空间来存储加密后的数据。

这使得流密码在资源受限环境下的应用更加方便。

综上所述，流密码是一种有效的加密算法，能够在信息传输和存储过程中提供良好的保密性和安全性。

但是，在使用流密码时，我们仍然需要密切关注密钥的安全性和密钥管理的问题，以确保数据的保密性。

流密码加密实验【实验原理】流密码(stream cipher)也称为序列密码，每次加密处理数据流的一位或一个字节，加解密使用相同的密钥，是对称密码算法的一种。

1949年Shannon证明只有一次一密密码体制是绝对安全的，为流密码技术的研究提供了强大的支持，一次一密的密码方案是流密码的雏形。

流密码的基本思想是利用密钥K产生一个密钥流k1k2…k n对明文流M=m1m2…m n进行如下加密：C=c1c2…c n=E k1(m1)E k2(m2)…E kn(m n)。

若流密码所使用的是真正随机产生的、与消息流长度相同的密钥流，则此时的流密码就是一次一密的密码体制。

流密码分为同步流密码和自同步流密码两种。

同步流密码的密钥流的产生独立于明文和密文；自同步流密码的密钥流的产生与密钥和已经产生的固定数量的密文字符有关，即是一种有记忆变换的序列密码。

一、RC4流密码算法RC4是1987年Ron Rivest为RSA公司设计的一种流密码，是一个面向字节操作、具有密钥长度可变特性的流密码，是目前为数不多的公开的流密码算法。

目前的RC4至少使用128为的密钥。

RC4的算法可简单描述为：对于n位长的字，有共N=2n个可能的内部置换状态矢量S=S[0],S[1],…,S[N-1]，这些状态是保密的。

密钥流K由S中的2n个元素按一定方式选出一个元素而生成，每生成一个密钥值，S中的元素就重新置换一次，自始至终置换后的S包含从0到N-1的所有n比特数。

RC4有两个主要算法：密钥调度算法KSA和伪随机数生成算法PRGA。

KSA算法的作用是将一个随机密钥变换成一个初始置换，及相当于初始化状态矢量S，然后PRGA利用KSA 生成的初始置换生成一个伪随机数出序列。

密钥调度算法KSA的算法描述如下：fori=0to N-1doS[i]=i;j=0;fori=0to N-1doj=(j+S[i]+K[i mod L])mod N;swap(S[i],S[j]);初始化时，S中元素的值被设置为0到N-1，密钥长度为L个字节，从S[0]到S[N-1]对于每个S[i]根据有密钥K确定的方案，将S[i]置换为S中的另一个元素。

流密码的应用方案1. 简介流密码（Stream cipher）是一种加密算法，它基于根据密钥生成的伪随机比特流对明文逐比特加密。

相对于分组密码，流密码具有高加密速度和低处理延迟的特点。

流密码的应用广泛，包括终端设备加密通信、无线通信、互联网通信等领域。

本文将介绍流密码的应用方案，并分析它在以下三个方面的具体应用：网络通信加密、无线传感器网络和物联网设备。

2. 网络通信加密流密码在网络通信加密方面有着重要的应用。

流密码可以通过在发送方和接收方使用相同的密钥和伪随机比特流，将明文流转化为密文流。

这种加密方式保证了高效且安全的通信过程。

在网络通信加密中，流密码常用于数据包加密、安全连接建立等方面。

2.1 数据包加密数据包加密是一种常见的网络通信加密方式，通过对每个数据包进行加密，可以阻止未经授权的用户访问和篡改数据包。

流密码可以实现对数据包的实时加密，确保数据的机密性和完整性。

对于每个数据包，发送方使用密钥和伪随机序列对明文进行加密，而接收方则使用相同的密钥和伪随机序列进行解密。

通过流密码的加密机制，数据包在传输过程中得到保护。

2.2 安全连接建立在网络通信中，安全连接建立是一项关键任务。

通过建立安全连接，能够保证通信双方之间的机密性和完整性。

流密码可以用于生成加密密钥，确保建立的连接具有高强度的加密保护。

一种常见的安全连接建立方法是使用流密码生成所需的初始向量和会话密钥，进而生成安全连接所需的密钥材料。

通过流密码的应用，可以有效地建立安全且可靠的网络连接。

3. 无线传感器网络无线传感器网络是由大量分布在广域范围内的传感器节点组成的网络。

流密码在无线传感器网络中的应用有助于提供数据的安全传输，并减少能耗。

3.1 数据传输安全无线传感器网络中，传感器节点负责采集环境数据并将其传输到汇聚节点或基站。

传感器节点之间的通信涉及到敏感数据，如温度、湿度等。

为了保障数据的机密性，流密码可以被应用于无线传感器网络中的数据传输过程。

流密码
1．流密码
【知识点的知识】
利用密钥产生一个密钥流Z＝Z1Z2Z3…，然后利用此密钥流依次对明文X＝X0X1X2…进行加密，这样产生的密码就是序列密码，也称流密码．密钥流由密钥流发生器f 产生：z i＝f（k，s i），这里的s i 是加密器中存储器（记忆元件）在i 时刻的状态，k 是密钥．序列密码方案的发展是模仿“一次一密”系统的尝试．
序列密码也称为流密码，它是对称密码算法的一种．序列密码具有实现简单、便于硬件实施、加解密处理速度快、没有或只有有限的错误传播等特点，因此在实际应用中，特别是专用或机密机构中保持着优势，典型的应用领域包括无线通信、外交通信．1949 年Shannon 证明了只有一次一密的密码体制是绝对安全的，这给序列密码技术的研究以强大的支持，序列密码方案的发展是模仿一次一密系统的尝试，或者说“一次一密”的密码方案是序列密码的雏形．如果序列密码所使用的是真正随机方式的、与消息流长度相同的密钥流，则此时的序列密码就是一次一密的密码体制．若能以一种方式产生一随机序列（密钥流），这一序列由密钥所确定，则利用这样的序列就可以进行加密，即将密钥、明文表示成连续的符号或二进制，对应地进行加密，加解密时一次处理明文中的一个或几个比特．
1/ 1。

古典密码和流密码的原理及应用古典密码和流密码是密码学中两种基本的加密方法，它们都有着各自独特的原理和应用。

本文将深入介绍古典密码和流密码的原理，以及它们在实际中的应用。

古典密码是指一种使用简单的替换或排列规则对明文进行加密的加密方法。

古典密码包括凯撒密码、简单曹文和多替换密码等。

凯撒密码是最为典型的古典密码之一。

凯撒密码顾名思义，就是由古罗马军事家凯撒创立的一种密码算法。

凯撒密码的原理是将明文中的每个字母按照一个固定的偏移量进行位移，以得到密文。

若偏移量为3，那么明文中的字母A就被替换成D，B替换为E，以此类推。

而解密过程则是将密文中的字母按同样的偏移量进行逆向位移，得到原始明文。

古典密码的原理相对简单，适用于只具备基本加密需求的场景。

由于其固定的替换或者排列规则，古典密码容易受到密码分析的攻击，安全性较低。

在现代的密码保护领域，古典密码已经渐渐被更安全的加密方法所替代。

流密码是另一种加密方法，它采用了更为复杂的原理进行加密。

流密码的基本原理是利用一个伪随机序列对明文进行逐位的加密。

这个伪随机序列可以通过特定的算法以及一个密钥生成，而密钥则决定了伪随机序列的生成规则。

流密码的一个经典应用是RC4流密码算法。

RC4是由著名密码学家罗纳德·里维斯提出的一种流密码算法，它被广泛应用于SSL/TLS协议中，用于保护网络通信的安全性。

RC4算法使用了一个变长的密钥进行初始化，并以此生成一个伪随机的密钥流，再将这个密钥流与明文进行逐位的异或运算，得到密文。

解密过程与加密过程类似，将密文与生成的密钥流进行异或运算，还原出原始明文。

流密码相对于古典密码来说，具有更高的安全性。

因为伪随机序列的长度会根据密钥的长度而变化，使得密码分析者难以找到规律进行破解。

流密码的加密过程是逐位进行的，使得即使部分明文泄露，也无法得知整个密文的信息。

流密码则可以提供更高的安全性，适用于对信息保密要求较高的场景，比如网络通信和金融交易等领域。

流密码0000目前关于流密码的理论和技术已取得长足的发展。

同时密码学家也提出了大量的流密码算法，有些算法已被广泛地应用于移动通信、军事外交等领域。

流密码的原理:在流密码中，明文按一定长度分组后被表示成一个序列，并称为明文流，序列中的一项称为一个明文字。

加密时，先由主密钥产生一个密钥流序列，该序列的每一项和明文字具有相同的比特长度，称为一个密钥字。

然后依次把明文流和密钥流中的对应项输入加密函数，产生相应的密文字，由密文字构成密文流输出。

即设明文流为:M=m1m2…mi…密钥流为:K=k1k2…ki…则加密算法为:C=c1c2…ci…=Ek1(m1)Ek2(m2)…Eki(mi)…解密算法为:M=m1m2…mi…=Dk1(c1)Dk2(c2)…Dki(ci)…流密码与分组密码在对明文的加密方式上是不同的。

分组密码对明文进行处理时，明文分组相对较大。

所有的明文分组都是用完全相同的函数和密钥来加密的。

而流密码对明文消息进行处理时，采用较小的分组长度(一个分组称为一个字或一个字符)，对明文流中的每个字用相同的函数和不同的密钥字来加密。

1.一次一密下面介绍一下一次一密密码体制。

以逐比特加密的一次一密为例，它要求对明文消息的每个比特做一次加密，而且加密每个明文比特时，都要独立随机地选取一个密钥比特。

无论明文的统计分布如何，一次一密都是无条件安全的，并且它使用的密钥量在所有无条件安全的密码体制中是最小的，因此，从这个意义上来说，一次一密无疑是最优的。

一次一密的一个明显缺点就是它要求密钥与明文具有相同长度，这增加了密钥分配与管理的困难，这一缺陷极大地限制了它在实际中的应用。

流密码采用了类似于一次一密的思想，但加密各明文字的密钥字不是独立随机选取的，而是由一个共同的较短的主密钥按一个算法产生的。

因此，它不具有一次一密的无条件安全性，但增加了实用性，只要算法设计得当，其安全性可以满足实际应用的需要。

流密码通常分为同步和自同步两类。

古典密码和流密码的原理及应用古典密码和流密码是密码学中常见的两种加密算法，它们都有各自的原理和应用。

在本文中，我们将从古典密码和流密码的基本原理、特点和应用进行介绍。

一、古典密码的原理及应用1. 古典密码的原理古典密码是指使用传统的加密技术来实现信息加密的方法，其基本原理是通过替换或置换明文中的信息来隐藏其真实含义。

古典密码包括凯撒密码、埃尼格玛密码等。

以凯撒密码为例，其原理是将明文按照一定的位移量进行移位，然后将移位后的字母作为密文输出。

比如将A替换成D，B替换成E，以此类推。

这样即使密文被截获，也需要知道移位的位移量才能还原出明文。

2. 古典密码的应用古典密码多用于古代的军事和外交领域，用来保护国家机密以及军事指令等重要信息。

近年来，古典密码也被一些爱好者用来进行通信加密等娱乐用途。

1. 流密码的原理流密码是一种利用伪随机数发生器生成密钥流，再用该密钥流与明文进行“异或”运算得到密文的加密方法。

其本质是一种通过伪随机数对明文进行混淆的加密技术。

对于流密码，其加密过程即将明文按位与密钥流进行异或操作，得到密文。

解密时同样将密文按位与密钥流进行异或操作，即可得到原来的明文。

2. 流密码的应用流密码广泛应用于现代通信领域，特别是在无线通信和互联网通信中。

流密码因为其运算速度快、加密强度高和可扩展性强，在实际应用中得到了广泛的应用。

三、古典密码和流密码的特点比较1. 安全性古典密码由于使用的密钥空间较小，容易被暴力破解攻击。

而流密码使用的密钥流是一个伪随机数列，其安全性相对较高，因此在加密强度上有着明显的优势。

2. 速度古典密码的加密和解密速度通常较快，特别是对于简单的置换密码。

流密码的加密和解密速度也不慢，因为其基于异或操作，计算速度也相对较快。

3. 可拓展性古典密码在使用新的密钥时需要重新构造密码表，而流密码在生成新的密钥流时只需要改变密钥生成算法的种子即可，因此在可扩展性上流密码拥有更大的优势。