《密码学与网络安全》学习 [ 2 ]

ruanyongjie

计算机对称密钥加密算法

算法类型与模式
广义上讲，明文生成密文的方法有两种：流加密法（一次加密一个位）与块加密法（一次加密明文中的一个块）

组结构
组元素是每个可能密钥构成的密文块，组表示明文生成密文的变化次数 。

打乱与扩散
混淆是为了保证密文中不会反映出明文的线索。
扩散增加明文的冗余度，使其分布在行和列中。

算法模式
算法模式是块加密法中一系列的基本算法步骤的组合，有些要从上一步得到某些反馈。这是计算机加密算法的基础。算法模式有四种：电子编码薄（ECB），加密块链接(CBC)，加密反馈(CFB)，输出反馈(OFB).

1,电子编码薄

电子编码薄是最简单的操作模式，将输入的明文消息分成64位，然后单独加密每个块，消息中的所有块用相同的密钥加密。

解密过程相反。
其缺点是：电子编码薄模式用一个密钥加密消息的所有块，如果原消息中重复明文块，则加密消息中的相应密文块也会重复，因此，电子编码薄模式适于加密小消息。

2,加密块链接模式
为克服电子编码薄模式的缺点，加密块链接模式保证即使输入中的明文块重复出现，这些明文块也会在输入中得到不同的密文块。
连接在块加密法中增加反馈机制。在加密块链接模式中，上一次的加密结果反馈到当前块的加密中，用每个块修改下一个块的加密。这样，每块密文与相应的当前输入明文块相关，与前面的所有明文块有关。

加密过程是：
1,接受两个输入：第一个明文块和随机文本块，称为初始化向量；
2,第一个明文块和初始化向量用异或运算组合，然后用一个密钥加密，产生第一个密文块。第一个密文块作为下一个明文块的反馈。
3,将第三个明文块与第二个密文块用异或运算组合，然后用相同的密钥加密，产生第三个密文块。
4，依此类推。

解密过程相反

加密反馈模式

面向字符的应用程序的加密要使用流加密法，可以使用加密反馈模式。在此模式下，数据用更小的单元加密，如可以是8位，这个长度小于定义的块长（通常是64位）

其加密步骤是：
1,加密反馈模式也使用64位的初始化向量。初始化向量放在移位寄存器中，在第一步加密，产生相应的64位初始化密文；
2,加密初始化向量最左边的8位与明文前8位进行异或运算，产生密文第一部分（假设为c），然后将c传输到接收方；
3,初始化向量的位（即初始化向量所在的移位寄存器内容）左移8位，使移位寄存器最右边的8位为不可预测的数据，在其中填入c的内容；
4,重复第1-3步，直到加密所有的明文单元。

解密过程相反

输出反馈模式

输出反馈模式与CFB相似，惟一差别是，CFB中密文填入加密过程下一阶段，而在OFB中，初始化向量加密过程的输入填入加密过程下一阶段。

数据加密标准

DES
(由于部分内容需要图片解释，但图片未加补充，将在今后几天陆续补充)
      DES是个块加密法，按64位块长加密数据，即把64位明文作为DES得输入，产生64位密文输出。加密与解密使用相同的算法和密钥，只是稍作改变，密钥长度为56位（实际上，最初的密钥是64位，但在DES开始之前放弃密钥的每个第八位，从而得到56位密钥，即放弃第8,16,24,32,40,48,56,64位）。

    简单的说，DES利用加密的两个基本属性。替换（混淆）与变换（扩散），DES共16步，每一步称为1轮，每一轮进行替换与变换步骤，具体为：
1,将64位明文块送入初始置换（初始置换只发生一次，是在第一轮之前）；
2,对明文进行初始置换；
3,初始置换产生转换块的两半，假设为左明文和右明文；
4,每个左明文与右明文经过16轮加密过程，各有自己的密钥；
5,最后，将左明文与右明文重接起来，对组成的块进行最终置换；
6,结果得到64位密文。

初始置换之后，得到64位置换文本块分成两半，各32位，左明文，右明文，然后对这两块进行16轮操作，如下：

1,密钥变换
前面得到56位密钥，每一轮从这个56位密钥产生不同的48位子密钥，称为密钥变换。为此。56位密钥分成两半各28位，循环左移一位或两位，例如，如果轮号是1,2,9,16，则只移一位，否则移两位。
相应移位后，选择56位中的48位，由于密钥变换要进行置换和选择56位中的48位，因此称为压缩置换。

2,扩展置换
经过初始置换后，得到32位明文区，分别称为左明文和右明文，扩展置换将右明文从32位扩展到48位，称为扩展置换，过程如下：
a,将32位右明文分成8块，每块各有4块；
b,将上一步的每个4位块扩展为6位块，即每个4位块增加2位（实际上是重复4位块的第一位和第四位），第二位和第四位口令输入一样写出。
密钥变换将56位秘要压缩成48位，而扩展置换将32位右明文扩展为48位，现在，48位密钥与48位右明文进行异或运算，将结果传递到下一步，，即s盒置换。

3,S盒置换
s盒置换过程从压缩密钥与扩展右明文异或运算得到的48位输入用替换法得到32位输出。
替换用8个替换盒，也称其为s盒，每个s盒有6位输入和4个输出。48位输入块分成8个子块（各有6位），每个子块指定一个s盒。s盒将6位输入变为输出。
所有s盒的输出组成32位块，传递到下一阶段，即p盒置换

4,p盒置换
p盒置换机制只是进行简单的置换（即按p表指定把一位换成另一位，而不进行扩展的压缩）

5,异或与交换
64位明文的大半部分与p盒置换的结果进行异或运算，结果成为新的右明文，并通过交换将旧的右明文变成新的左明文。

6,最终置换

[ 本帖最后由 ruanyongjie 于 2008-8-15 16:36 编辑 ]