第四五讲 分组密码
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分组密码体制简介分组密码体制也具有简捷、快速的特点,并且容易标准化,使其成为软硬件加密的主流算法。
目前主流的分组密码有:DES、IDEA…… .1.分组密码的特点与序列密码不同,分组密码是将明文序列划分成等长的分组(Block),对每一组用同一加密算法和同一密钥进行加密。
分组密码有其自身的优点,首先分组密码容易被标准化,因为在今天的数据网络通信中,信息通常是被成块的处理和传输的。
其次,使用分组赌东道密码容易实现同步,因为一个密码组的传输错误不会影响到其它的分组,丢失一个密文组不会对随后组的解密产生影响。
这就是说,传输错误不会扩散。
而这些方面恰恰是序列密码的最大缺点。
分组密码与序列密码相比的一个缺点就是算法庞大一些,需要更多的计算资源。
分组密码的另一大缺点是其安全性很难被证明。
尽管“可证明安全性”的研究发展很快,但目前的分组密码大多是“看来安全的”,还没有一个分组密码被证明是真正安全的,至多证明了局部安全性。
这其中的原因是:因商业化而要求分组密码算法的细节全部暴露,因此对分组密码的攻击类型很多,安全性概念也就很多,有人为了统一这些安全性概念,甚至引入了伪随机性和超伪随机性,它们是用概率图灵机来描述的,在实际设计和分析中很难应用。
2.分组密码的设计准则一、安全性准则对以下的安全性的描述总是基于以下的假设:加密体制(包括算法的细节)是公开的;安全性完全依赖于密钥;信道是不安全的,即攻击者可以任意的截取密文;攻击者有时也可以截取一些“废弃”的明文。
(1)分组长度和密钥长度:当明文分组长度为n比特时,至多需要2n个明文-密文对就可以彻底破解密钥。
同理当密钥长度为n比特时,对一个截获的密文,至多需要试验2n个密钥就可以破解了密文。
因此从安全性角度来考虑,明文分组长度的密钥长度因尽可能的大。
(2)混淆性:所设计的密码应使得明文、密文、密钥之间的依赖关系相当复杂,以至于这种依赖关系对密码分析者来说是无法利用的。
分组密码原理
分组密码是一种密码算法,它将明文分为固定大小的块(通常为64位或128位),然后通过一系列的加密操作将每个分组
转换为对应的密文分组。
分组密码的核心原理是使用一个密钥来对每个分组进行加密。
加密过程包括多个轮次,每个轮次都涉及到多个步骤,如替代、置换、混淆和线性变换等。
在每个轮次中,明文分组会与密钥的某个子密钥进行混合,生成一个中间结果,然后再进行下一轮的操作。
最后一轮的结果即为该分组的密文。
在解密过程中,密文分组会经过与加密过程相反的操作,使用相同的密钥和子密钥来逐步还原为原始的明文分组。
分组密码的优势在于它可以处理大量的数据,并且能够抵抗多种密码攻击。
同时,通过不同的密钥和轮次数的组合,可以生成不同的密码变种,提供更高的安全性。
然而,分组密码也存在一些限制。
首先,由于每个分组的加密是独立进行的,所以加密过程中的错误可能会影响整个密文分组的完整性。
其次,分组密码的加密速度相对较慢,不适用于一些实时的应用场景。
总的来说,分组密码通过将明文分组成固定大小的块,并使用密钥和一系列的操作对每个分组进行加密,从而保护数据的机密性和完整性。
分组密码算法
分组密码是一种重要的密码技术,它可以将一段乱序数据进行安全加密,使其变得无
法解读和破解。
它一般用于对网络数据进行安全传输和存储,以保护用户和组织信息安全,使数据不会被恶意加密,偷窃或者泄露。
分组密码实质是将明文拆分成小块,在小块的基础上进行数据的加解密,使攻击者解
密时无法拼凑原文,从而达到安全传输的目的。
它基本上可以分为密码分组移位算法、分
组密码替换算法和分组密码衍射算法三种,分组密码替换算法是目前应用最广泛的分组密
码算法。
分组密码替换算法是按照一定的规则将明文数据转换成密文数据,加密过程中利用一
系列替换表(称之为字符映射表),对一组明文字符(一般为8个字节)进行映射,字符
的比特位的增加、减小,两个不同的比特位的交换,以增加密文的复杂性,达到保护信息
安全的目的。
此外,分组密码还需要有一个加盐算法,通过加入一些单独的随机值,而不是使用一
个定值作为秘密密钥,对密文进行加密,使得攻击者更难以破解数据。
当然,这也要求使
用者有一定的数学基础,以及一定的计算机能力,才能正确实现加解密算法。
因此,分组密码是一种安全可靠的信息加解密算法,可以有效保护用户和组织的数据
安全,但可能要求使用者有比较强的数学基础和计算机能力,才能正确使用这一算法。
分组密码分组密码概述所谓分组密码,简单地说就是对明⽂进⾏分组,每组的长度都相同,然后对每组明⽂使⽤密钥进⾏加密得密⽂,解密即对每组明⽂使⽤密钥进⾏解密得到明⽂。
通常情况是明⽂、密⽂等长。
(好处是处理速度快,节约了存储,避免了浪费带宽.)1. 定义分组密码包含5个部分{M,C,K,E,D},M=F(2,n)明⽂空间K=F(2,k)密钥空间C=F(2,n)密⽂空间E加密变换;D解密变换明⽂m1m2……mn通过密钥k加密算法得到密⽂c1c2……cn分组密码是⼀种映射:E:M*K->CD:C*K->M注:分组密码实际上是{0,1,2,……,2^n-1}到其⾃⾝的⼀⼀映射,密钥k不同映射不同。
2. 基本要求分组长度⾜够长(防⽌明⽂穷举攻击)密钥长度⾜够长(防⽌密钥穷举攻击)加解密算法要⾜够复杂(能抗击各种已知攻击)3. 分组密码的原则为有效抵抗对密码体质的通知分析,⾹农提出了两个原则:扩展原则和混乱原则。
扩散:指每1bit明⽂的变化尽可能多地影响密⽂序列的bit,以隐蔽明⽂的统计特性,防⽌对密钥进⾏逐段攻击破译;混乱:指加密变换过程中明⽂、密钥以及密⽂之间的关系尽可能的复杂,以防⽌破译者采⽤统计分析⽅法进⾏攻击。
4. 分组密码的结构(SP⽹络)需求分析:⼀个分组密码既要难于分析(复杂),⼜要易于实现(简单),迭代密码可克服这⼀对⽭盾。
其加密变换⼀般采取如下结构:由⼀个简单的函数F(易于实现)迭代若⼲次⽽形成。
其中Yi-1是第i轮迭代的输⼊,Yi是第i轮的输出,Zi由密钥k导出,这类密码即迭代密码。
如DES是16轮迭代密码,多次迭代可实现必要的混乱与扩散。
F函数采⽤代换置换结构,置换由P盒实现,起扩散作⽤,代换可提供混淆作⽤,其中代换被精⼼设计且起关键作⽤,⼈们常称其为“⿊盒⼦”。
SP结构具有雪崩效应,雪崩效应指输⼊(明⽂或密钥)即使只有很⼩的变化,也会导致输出(密⽂)产⽣巨⼤的变化。