现代密码学第4章5：IDEA算法分析解析

现代密码学实验报告院系:班级：姓名：学号：前言密码学（Cryptology）是研究秘密通信的原理和破译秘密信息的方法的一门学科。

密码学的基本技术就是对数据进行一组可逆的数学变换，使未授权者不能理解它的真实含义.密码学包括密码编码学(Cryptography）和密码分析学（Cryptanalyst）两个既对立又统一的主要分支学科。

研究密码变化的规律并用之于编制密码以保护信息安全的科学，称为密码编码学.研究密码变化的规律并用之于密码以获取信息情报的科学，称为密码分析学,也叫密码破译学.密码学在信息安全中占有非常重要的地位,能够为信息安全提供关键理论与技术.密码学是一门古老而深奥的学问,按其发展进程，经历了古典密码和现代密码学两个阶段。

现代密码学（Modern Cryptology）通常被归类为理论数学的一个分支学科，主要以可靠的数学方法和理论为基础,为保证信息的机密性、完整性、可认证性、可控性、不可抵赖性等提供关键理论与技术。

DES加密算法的实现实验目的理解对称加密算法的原理和特点。

实验原理DES是一种分组加密算法，所谓分组加密算法就是对一定大小的明文或密文来做加密或解密动作。

而在DES这个加密系统中,每次加密或解密的分组大小均为64位，所以DES没有密文扩充的问题。

对大于64位的明文只要按每64位一组进行切割，而对小于64位的明文只要在后面补“0"即可。

另一方面,DES所用的加密或解密密钥也是64位大小，但因其中有8个位是用来作奇偶校验的，所以64位中真正起密钥作用的只有56位,密钥过短也是DES 最大的缺点。

DES加密与解密所用的算法除了子密钥的顺序不同外,其他部分完全相同。

实验环境运行Windows或Linux操作系统的PC机。

实验代码:—--————-——-——本实验采用56位密钥加密64位数据—-———--———--#include <stdlib.h〉#include 〈stdio.h〉＃include "bool。

二、IDEA算法描述
基本参数
分组长度：64比特
密钥长度：128比特
迭代圈数：8圈（每圈6个子密钥块） 再附加一个输出变换（4个子密钥块）
IDEA的分组长度为64比特，密钥长度为128比特。其加、 脱密运算用的是同一个算法，二者的不同之处仅在于密钥调 度不同。其加、脱密运算是在128比特初始密钥作用下，对 64比特的输入数据分组进行操作，经8圈迭代后，再经过一 个输出变换，得到64比特的输出数据分组。整个运算过程全 部在16位子分组上进行，因此该算法对16位处理器尤其有效 。
二、IDEA算法描述
52个密钥子块的生成
k1, k2 ,, k127 , k128 k26 , k27 ,, k24 , k25 k51, k52 , , k49 , k50
z1, z2 , z3, z4, z5, z6, z7 , z8 z9 , z10 , z11, z12 , z13, z14 , z15, z16 z17 , z18, z19 , z20 , z21, z22 , z23, z24
16比特圈子密钥； ⊕表示16比特的逐位异或运算； + 表示16比特整数的模216加法运算； 表示16比特整数的模216+1乘法运算，其中全零子块
用216代替。
三种基本运算：按位模2加，模216加法，模216+1乘 法。
二、IDEA算法描述
模216加法运算是IDEA算法中使用的非线性环节 （相对异或运算而言），记
Z (1) 4
Z (1)
6
第 一 圈
Z (9) 1
Z (9) 2
Y1
Y2
Z (9) 3
Z (9) 4
Y3
Y4
二、IDEA算法描述

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分组密码算法应满足的要求
分组长度n要足够大： 分组长度 要足够大： 要足够大
防止明文穷举攻击法奏效。 防止明文穷举攻击法奏效。
密钥量要足够大： 密钥量要足够大：
尽可能消除弱密钥并使所有密钥同等地好， 尽可能消除弱密钥并使所有密钥同等地好，以防止 密钥穷举攻击奏效。
由密钥确定置换的算法要足够复杂： 由密钥确定置换的算法要足够复杂：
第四章 分组密码
一、分组密码概述 二、分组密码运行模式 三、DES 四、AES 五、分组密码的分析
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一、分组密码概述
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分组密码概述
分组密码是许多系统安全的一个重要组成部分。 分组密码是许多系统安全的一个重要组成部分。 可用于构造
拟随机数生成器 流密码 消息认证码(MAC)和杂凑函数 消息认证码(MAC)和杂凑函数 消息认证技术、数据完整性机构、 消
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III型迭代分组密码 型迭代分组密码
群密码：若密钥与明文、密文取自同一空间 群密码：若密钥与明文、密文取自同一空间GF(2 n)，且 ， y=x⊗k ⊗ 可通过k的逆元 式中， 式中，⊗是群运算，则称其为群密码。显然x可通过 的逆元 群运算，则称其为群密码。显然 可通过 求得 x=y⊗k-1 ⊗ F[x, k]＝fI (x⊗kA, kB) ＝ ⊗ 为迭代函数， 可以III型多轮迭代分组密码 。 在最后一轮 为迭代函数 ， 可以 型多轮迭代分组密码。 型多轮迭代分组密码 另外加了一次群密码运算， 用以保证整个加、 中 ， 另外加了一次群密码运算 ， 用以保证整个加 、 解密 的对合性。 的对合性。
密钥k=(k0, k1,…, kt-1 ) 明文 x=(x0, x1,…, xm-1) 加密算法 密钥k=(k0, k1,…, kt-1 ) 明文 x=(x0, x1,…, xm-1) 解密算法

第4章 分组密码体制
4.1 分组密码概述
所谓分组密码是将明文分成一组一组，在密钥的控制下， 经过加密变换生成一组一组的密文。具体而言，分组密码就是 将明文消息序列 m1, m2, , mi , 划分成等长的消息组
(m1, m2 , , mn ), (mn1, mn2 , , m2n ),
2．差分密码分析法
差分密码分析法与一般统计分析法的本质区别是，不直 接分析密文或密钥的统计相关性，而是通过对明文对的差值 与相应的密文对的差值之间的统计关系的分析，对密钥某些 位进行合理的推断与猜测。
3．线性密码分析
线性密码分析是一种已知明文攻击法。它通过对非线 性函数的线性近似来实现分析密钥的目标。其基本思想是 寻找一个密码算法的有效的线性近似表达式，即寻找分组 密码算法中明文、密文和密钥的若干位之间的线性关系， 最终破译密码系统。
图4-7 子密钥生成过程
① 置换选择PC1 【例4-2】设初始密钥
• K = (123DAB779F658067)16 • = (00010010 00111101 10101011 01110111 10011111
01100101 10000000 01100111)2 • 经过置换选择PC1，并分成左右两部分，结果为
子密钥产生的算法充分实现明文与密钥的扩散和混淆，没 有简单的关系可循，能抗击各种已知的攻击。
6．加密和解密运算简单
在以软件实现时，应选用简单的运算，使密码运算易于以 标准处理器的基本运算。
4.1.2 分组密码算法结构
1．Feistel结构 Feistel结构把任何函数（一般称F函数，又称轮函数）
转化为一个置换。
加密算法的输入是一个分组长度为2n的明文M0和一个种 子密钥K0，将明文M0分成左右两半L0和R0，这里L0是M0的左 半部分nbit，R0是M0的右半部分nbit，在进行完r轮迭代后，