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基于多态性密码的S-盒安全机制研究

作　者: 尹毅峰
导　师: 胡予濮
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 密码学
关键词: 多态性密码 伪随机序列产生器 多态性Diffie-Hellman密钥交换协议 多态性S-盒
分类号: TN918.1
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 113次
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内容摘要


S盒是分组密码中重要的非线性组成部分,需要混淆和扩散性能好,高度非线性的算法来构造,和大多数通常已知的对称性加密算法(包括AES的代表算法例如Rijndael和Twofish)相比较,C.B.Roellgen提出的多态密码理论能够有效抵抗差分攻击,主要用于磁盘文件的加密,本文对多态密码理论原有机制进行了改进,提出了构造安全快速S盒的新思路,并且从满足严格雪崩准则、高度非线性以及位独立性准则三个方面进行分析。本文的工作包括以下四个方面:1.基于多态性密码理论,结合P2P网络特点提出对多态性密码的输入序列的信号源进行改进,利用随机迭代单向布尔函数的方法构造满足密码学安全的提出了多态性PRNG的构造方案,为通信双方提供大量安全的会话密钥。并用相关理论和实验数据对其进行了安全性分析。2.提出了多态性Diffie-Hellman密钥交换协议设计方案:本文在C.B.Roellgen的多态性密码理论的基础上,提出16个候选单向函数,利用Hash函数优良特性和自编译系统的不可读特性,对原有的类似Diffie-Hellman存储介质密钥交换协议进行改进,设计出网络通信双方共同构造的多态性Diffie-Hellman密钥交换协议方案,并且弥补了在身份认证、阻塞性拒绝服务攻击和假冒攻击三个方面的不足。3.我们基于多态性Diffie-Hellman密钥交换协议,提出更加安全的半S-盒密钥交换协议设计方案,在交换协议中附加了通信双方的身份信息,可以由通信双方各自的伪随机序列产生器来共同设计快速S-盒,这种多态性S-盒在非正规的场景中可以得到广泛应用。4.我们按照满足严格雪崩准则、高度非线性和输出位独立性三个准则对所构造的多态性S-盒进行安全分析,工作重点在依据严格雪崩准则对改进算法进行安全性分析和性能评价,保证多态性S-盒中的伪随机序列产生器满足严格雪崩准则,保证通信双方利用多态性S-盒所产生大量协商密钥的安全性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 基于多态性密码构造S-盒的研究背景和意义  10-13
    1.1.1 研究背景  10-12
    1.1.2 研究意义  12-13
  1.2 基于多态性密码构造S-盒的研究现状  13-15
    1.2.1 S-盒构造方法  13
    1.2.2 随机S-盒的安全性研究  13-14
    1.2.3 多态性S-盒的研究现状  14-15
  1.3 本文主要工作及内容安排  15-18
第二章 预备知识  18-32
  2.1 多态性密码理论  18-19
  2.2 多态性密码的基本原理  19-26
    2.2.1 基于候选函数组的多态性密码的基本原理  19-20
    2.2.2 安全子系统的组合实现多态性密码  20-21
    2.2.3 新型TurboPMCV3 多态性密码  21-25
    2.2.4 多态性密码性能评价  25-26
  2.3 S-盒的设计标准  26-30
    2.3.1 位独立性准则相关理论  27-28
    2.3.2 非线性相关理论  28-29
    2.3.3 严格雪崩准则相关定义  29-30
  2.4 本章小结  30-32
第三章 基于多态性密码改进的伪随机序列产生器  32-46
  3.1 当前伪随机序列产生器的安全漏洞  32
  3.2 P2P网络的特性  32-35
    3.2.1 P2P网络的特性  32-33
    3.2.2 P2P网络的随机性分析  33-35
  3.3 基于多态性密码改进伪随机序列产生器方案  35-40
    3.3.1 自编译器的改进  35-36
    3.3.2 候选单向函数  36-37
    3.3.3 方案描述  37-40
  3.4 多态性密码的安全性分析及性能评价  40-45
    3.4.1 安全性分析  40-41
    3.4.2 在现代通信技术中的应用  41-42
    3.4.3 伪随机序列产生器安全特性  42-43
    3.4.4 性能评价  43-45
  3.5 本章小结  45-46
第四章 快速多态S-盒的实现方案  46-60
  4.1 多态性密码的密钥协商方案  46-49
  4.2 改进型多态性S-盒设计方案  49-55
    4.2.1 内嵌Hash函数的自编译器设计  49-50
    4.2.2 多态性Diffie-Hellman协议设计方案  50-53
    4.2.3 双方协商多态性S-盒设计方案  53-55
  4.3 安全性分析与性能评价  55-58
    4.3.1 安全性分析  55-56
    4.3.2 与Diffie-Hellman密钥交换算法比较  56-57
    4.3.3 性能评价  57-58
  4.4 本章小结  58-60
第五章 多态性S-盒的位独立性分析  60-66
  5.1 相关系数  60-61
  5.2 安全性分析  61-62
  5.3 性能评价  62-65
  5.4 本章小结  65-66
第六章 多态性S-盒的非线性度及严格雪崩特性分析  66-72
  6.1 多态性S-盒的非线性度  66-68
  6.2 多态性S-盒的严格雪崩特性及性能评价  68-70
    6.2.1 多态性S-盒的严格雪崩特性  68
    6.2.2 严格雪崩性能评价  68-70
  6.3 本章小结  70-72
结束语  72-74
致谢  74-76
参考文献  76-84
攻读博士学位期间的研究成果  84-85
附录A 多态性PRNG的构造算法代码  85-89
附录B 半S-盒密钥协商算法代码  89-96

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信保密与通信安全 > 理论
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