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1、第六章 序列密码概述,序列密码的基本概念 序列密码的分类,5.1 分组密码的统计测试原理,流密码基本概念 流密码的发展 流密码的应用领域,加解密过程示意图,加密和解密算法的操作通常都是在一组密钥的控制下进行的, 分别称为加密密钥(Encryption Key) 和解密密钥(Decryption Key).,密码算法分类-i,按照保密的内容分: 受限制的（restricted)算法: 算法的保密性基于保持算法的秘密。 基于密钥（key-based)的算法: 算法的保密性基于对密钥的保密。,密码算法分类-ii,基于密钥的算法，按照密钥的特点分类： 对称密码算法（symmetric cipher）：
2、又称传统密码算法（conventional cipher），就是加密密钥和解密密钥相同，或实质上等同，即从一个易于推出另一个。又称秘密密钥算法或单密钥算法。 非对称密钥算法（asymmetric cipher）:加密密钥和解密密钥不相同，从一个很难推出另一个。又称公开密钥算法（public-key cipher）。公开密钥算法用一个密钥进行加密, 而用另一个进行解密.其中的加密密钥可以公开，又称公开密钥（public key），简称公钥; 解密密钥必须保密，又称私人密钥（private key），简称私钥。,密码算法分类-iii,按照明文的处理方法： 分组密码（block cipher）:将明
3、文分成固定长度的组，用同一密钥和算法对每一块加密，输出也是固定长度的密文。 流密码（stream cipher）:又称序列密码。序列密码每次加密一位或一字节的明文，也可以称为流密码。序列密码是手工和机械密码时代的主流,流密码的定义,流密码又称为序列密码，是指明文消息按字符（如二元数字）逐位地加密的一类密码算法。 与它对应的是分组密码，是指将明文消息（含多个字符），逐组地进行加密。 流密码算法：RC4，A5，SEAL，PKZIP,密码算法分类-iv,对称密钥密码又可分为： 分组密码：每次对一块数据加密多数网络加密应用DES,IDEA,RC6,Rijndael 流密码每次对一位或一字节加密手机On
4、e-time padding,Vigenre,Vernam,密码算法分类-v,公开密钥密码: 大部分是分组密码每次对一块数据加密数字签名,身份认证RSA,ECC,ElGamal加密解密速度慢 只有概率密码体制属于流密码Goldwasser-Micali概率公钥密码体制Blum-Goldwasser概率公钥密码体制,流密码的应用情况,用于各国的军事和外交等领域 例如，美国和前苏联之间的热线电话 在无线通信领域有着大量的应用 无线LAN 第二代移动通信网络GSM 第三代移动通信网络3G 数字集群移动通信网络TETRA ,流密码的应用-i,在无线通信中的应用 蓝牙安全加密算法E0（在鉴权通过后，用来
5、生成密钥流与明/密文数据进行异或，从而实现加/解密） RC4算法（RSA公司的Rivest，1987年设计，目前已有几十种商业产品采用，包括Lottus Notes，Oracle SecureSQL，无线局域网产品等）,流密码的应用-ii,在移动通信中的应用 A5算法（法国设计，用于GSM的无线空中接口加密） GEA1和GEA2（用于GPRS中生成密钥流，目前保密） A8算法（3G中定义，实现对无线传输的数据的加/解密，利用分组密码算法KASUMI构造） TEA1/TEA2/TEA3算法（TETRA标准中定义，由ETSI/SAGE ( Security Algorithms Group of
6、Experts)开发，用于TETRA空中接口加密） E2算法（TETRA MoU推荐02中定义，用于TETRA端到端加密，利用IDEA算法构造）,流密码的应用-iii,其它应用 XPD/KPD算法（休斯飞机公司1986年设计，用于出口的战术无线电和定向寻呼设备中） NANOTEQ算法（南非电子公司设计，用于对南非警察用的传真等加密，1988） Gifford算法（由D.Gifford提出，19841988用于美国Boston地区有线新闻报导系统的数据加密）,流密码原理,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
7、流实现。设明文为 x=x0x1x2 xiGF(2),i0设密钥为 r=r0r1r2 riGF(2),i0设密文为 y=y0y1y2 yiGF(2),i0则加密变换为 yi Eri(xi) i0则解密变换为 xi Dri(yi) i0,基于流密码体制的加密通信模型,密钥源,密钥流生成器,明文序列 x0x1x2,密文序列 y0y1y2,密钥序列 r0r1r2,k,k, , ,密钥源,密钥流生成器,明文序列 x0x1x2,密文序列 y0y1y2,密钥序列 r0r1r2,k,k,信道,秘密信道,Eri(xi),Dri(yi),Alice,Bob,流密码分类,按照是否使用同一密钥 对称流密码 非对称流密
8、码按照密钥流的产生是否与明文或密文有关 同步流密码SSC (Synchronous Stream Cipher) 自同步流密码SSSC (Self-Synchronous Stream Cipher) 明文反馈型流密码 密文反馈型流密码 特殊的流密码 加法流密码,流密码分类-同步流密码（1）,密钥序列独立于消息序列，又称为密钥自动密钥；,流密码分类-同步流密码（2）,k,加密器,Eri(xi),ri,xi,yi,密钥流生成器,输出函数,特点：需要收发两端的精确 同步；没有差错传播可以防止密文中的插入和删除,内部状态,使用相同密钥流的情况下的插入攻击 Mallory作了一些密文记录，但他并不知道
9、明文或用来加密明文的密钥流。源明文： p1 p2 p3 p4。源密钥流： k1 k2 k3 k4。源密文： c1 c2 c3 c4。 Mallory在明文p1后面插入一个单独的已知位p，他能够使修改后的明文被相同的密钥流加密。他记录下新的密文：新明文： p1 p p2 p3 p4。源密钥流： k1 k2 k3 k4 k5。更新的密文： c1 c2 c3 c4 c5。 假定他知道p的值，他可以根据原始密文和新的密文确定整个明文：由k2= c2p 得到 p2= c2k2 由k3= c3p2 得到 p3= c3k3 由k4= c4p3 得到 p4= c4k4 Mallory并不需要知道插入位的确切位
10、置，他只用比较一下原始密文和更新后的密文从哪个地方不同就是了。,流密码分类-同步流密码（3）,缺点： 需要通信双方精确同步； 优点： 没有差错传播 可以防止密文中的插入和删除,流密码分类-同步流密码,流密码分类-自同步流密码,密钥流的产生是密钥及固定大小的以往的密文（或明文）位的函数，则这种序列密码被称为自同步序列密码或非同步序列密码。,流密码分类-自同步流密码,内部状态,k,加密器,Eri(xi),ri,xi,yi,密钥流生成器,输出函数,缺点：错误扩散； 优点：自动同步；,流密码的关键点,安全核心问题 密钥流生成器的设计：流密码强度完全依赖于密钥流产生器所生成序列的随机性（Randomness）和不可预测性（Unpredictability） 密钥管理 同步流密码可靠解密的关键问题 保持收发两端密钥流的同步,密钥流生成器的结构,密钥流生成器组成,密钥流生成器的结构,组合函数F有下述要求 F将驱动序列变换为滚动密钥序列，当输入为二元随机序列时，输出也为二元随机序列； 对给定周期的输入序列，构造的F使输出序列的周期尽可能大； 对给定复杂度的输入序列，应构造F使输出序列的复杂度尽可能大； F的信漏极小化（从输出难以提取有关密钥流生成器的结构信息） F应易于工程实现，工作速度高； 在需要时，F易于在密钥控制下工作；,
