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->C
• D：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。