1、第3章 分組密碼與數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn),對(duì)稱密鑰體制根據(jù)對(duì)明文消息加密方式的不同可分為分組密碼和流密碼兩大類。 分組密碼將明文進(jìn)行分組，每個(gè)分組被當(dāng)作一個(gè)整體加密且通常得到的是與之等長(zhǎng)的密文組。 流密碼則對(duì)數(shù)據(jù)流一次加密一個(gè)比特或一個(gè)字節(jié)，每次對(duì)相同的明文比特或字節(jié)加密都會(huì)得到不同的密文比特或字節(jié)。流密碼算法的加密速度一般比分組密碼的快。最常用的流密碼是RC4，大概比最快的分組密碼至少還要快兩倍，但流密碼尚未被標(biāo)準(zhǔn)化，也就是說，可能有許多地方還沒有使用它。,1 DES的背景與強(qiáng)度,1973年5月15日，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS），即現(xiàn)在的美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（NIST）向社會(huì)公開發(fā)起征集數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)的

2、提案，公眾對(duì)密碼標(biāo)準(zhǔn)表現(xiàn)出極大的興趣，但提交的算法都距要求相去甚遠(yuǎn)。1974年8月27日，NBS又發(fā)出第二次征集。最終，NBS選中了由IBM公司研制出來的一種密碼技術(shù)，并把它當(dāng)作數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（DES），該技術(shù)是由Horst Feistel領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究組研制出來的。 1976年11月23日被采納作為聯(lián)邦信息處理標(biāo)準(zhǔn)46（FIPS PUB 46），并授權(quán)在非密級(jí)的政府通信中使用。,DES是一種分組密碼技術(shù)，明文分組長(zhǎng)為64位，密鑰長(zhǎng)為56位。 Shannon引進(jìn)混淆和擴(kuò)散這兩個(gè)術(shù)語來刻畫任何密碼系統(tǒng)的兩個(gè)基本構(gòu)件。 “擴(kuò)散”(Diffusion)是指使明文的統(tǒng)計(jì)特征消散于密文中，可以讓每個(gè)明文數(shù)

3、字盡可能地影響多個(gè)密文數(shù)字?！盎煜保–onfusion）則是盡可能使密文和加密密鑰間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系更加復(fù)雜，以阻止攻擊者發(fā)現(xiàn)密鑰。,2.Feistel密碼結(jié)構(gòu),將每組明文分成左右兩半L0和R0，在進(jìn)行完n輪迭代后，左右兩半再合并到一起以產(chǎn)生密文分組。其第i輪迭代的輸入為前一輪輸出的函數(shù)：,3 DES算法,（1）DES加密算法描述。,初始置換,2）輪結(jié)構(gòu),3）密鑰的產(chǎn)生,（2）DES解密算法描述。 作為Feistel密碼，DES的解密算法與加密算法是相同的，只是子密鑰的使用次序相反。,（3）雪崩效應(yīng) 明文或密鑰的微小改變將對(duì)密文產(chǎn)生很大的影響是任何加密算法所期望的一個(gè)好性質(zhì)。特別地，明文或密鑰的某

4、一位發(fā)生變化會(huì)導(dǎo)致密文的很多位發(fā)生變化。如果密文的改變很小，可能會(huì)給分析者提供縮小搜索密鑰或明文空間的渠道。,4. DES的安全性,從DES算法的加密過程中，可以看出，密文分組Ci是明文分組mi與密鑰k經(jīng)過充分揉合后的輸出結(jié)果。DES算法有雪崩效應(yīng)，即明文分組中的1個(gè)bit位的變化，將引起密文分組很大的變化，不可能出現(xiàn)明文分組的某一字母出現(xiàn)多少次，密文中與之對(duì)應(yīng)的另一字母也出現(xiàn)多少次的現(xiàn)象。這使得攻擊者不能通過統(tǒng)計(jì)分析來破解密文。DES算法具有較強(qiáng)的抗攻擊性。,在DES算法公布之初，因?yàn)镈ES算法中的一個(gè)關(guān)鍵部分密碼盒（在16次迭代變換中用到的）的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則沒有公開，所以許多密碼專家都擔(dān)心密碼盒

5、中可能包含有“陷門”（如果“陷門”確實(shí)存在，那么知道密碼盒的人就很容易解密）。盡管如此，DES在許多領(lǐng)域還是得到了廣泛的應(yīng)用。但到了1997年，DES的56bit有效密鑰的安全性受到了極大的威脅。RSA發(fā)起的一個(gè)合作項(xiàng)目利用Internet連接上7萬多臺(tái)計(jì)算機(jī)，在96天的時(shí)間內(nèi)破解了一個(gè)DES密鑰5。1998年，EFF（Eectronic Frontier Foundation，電子領(lǐng)域基金會(huì)）在3天之內(nèi)破譯了DES。1999年，EFF在不到24小時(shí)又破解了一個(gè)DES密鑰。,上述的一切都說明：DES看起來已經(jīng)不足以保證敏感數(shù)據(jù)的安全。作為臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，1999，NIST把三重DES作為國(guó)家的臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)8。三重DES是指利用DES算法，對(duì)明文的一個(gè)分組進(jìn)行三次加密。但三重DES存在一個(gè)較大的問題，DES本身在加密和解密數(shù)據(jù)時(shí)就需要較長(zhǎng)時(shí)間，三重DES的耗時(shí)是DES的三倍，這使得速度要求較高的一些應(yīng)用無法實(shí)現(xiàn)。人們需要一個(gè)新的算法。,思考題：,1.什么是對(duì)稱密碼體制？對(duì)稱密鑰體制根據(jù)對(duì)明文消息加密方式的不同可分為哪幾類？D