论文摘要
Rijndael在2000年被确定为美国高级加密标准（AES），现在已成为商业数据加密的国际标准。AES（Advanced Encryption Standard）的密码分析和应用研究已越来越受到人们的重视。由于传统的IC卡预付费表计存在不足，市场急需预付费代码表计，该表计的关键技术是短分组加密技术。此短分组加密技术可以实现短分组的十进制密文表示最大信息量，这是已有加密算法无法做到的。在国民经济的一些应用（如预付费代码表计）中对密文就有如此要求，购买信息的密文为固定长度的12、16位等十进制数，并由人传送和输入。进制转换是很容易实现的，但通过进制转换得到的固定长度密文不能表示最大信息量。因此研究短分组加密及应用中的关键技术问题是预付费代码表计行业所急需的，对国民经济的发展具有重要意义。本文详细介绍了AES的设计原理和代数性质，首先概括介绍了AES的分析及研究现状，给出了S盒及逆S盒的代数表达式、S盒布尔置换的代数性质及S盒仿射变换的性质。并提出了构造S盒的改进方案，新方案构造的S盒在仿射变换对周期、迭代输出周期、S盒及逆S盒代数表达式项数、平衡性、严格雪崩准则、非线性度、抗代数攻击阻力等10种代数性质上具有更好的性质。然后研究了AES的积分攻击和代数攻击。针对AES具有Square密码结构的特点研究了4轮、5轮及6轮Square攻击，并将6轮Square攻击应用于7轮Square攻击中。在Square攻击的基础上，研究了7轮Rijndael-128／192密钥相关攻击和9轮Rijndael-128／256密钥相关攻击，并详细分析了攻击过程及攻击复杂度。研究了AES在GF（2）及GF（28）上的MQ方程组，分析了针对此MQ方程组的XSL攻击方法，对BES攻击方法提出了质疑并给出了AES在GF（28）上的另一MQ表不。最后介绍了基于AES的短分组加密算法，并提出了构造短分组加密算法S盒的改进方案，将新方案构造的S盒应用于加密仿真系统中，系统的安全性得到明显提高。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 课题的来源和研究意义1.2 分组密码简介1.3 AES发展简史1.4 AES的研究分析现状1.5 本文的结构安排第二章 Rijndael算法的设计原理及代数性质2.1 相关数学知识2.1.1 有限域的字节运算原理2.1.2 有限域的多项式运算2.2 Rijndael的设计原理2.2.1 Rijndael的四种变换2.2.2 密钥调度2.2.3 加密/解密运算2.3 非线性变换的代数性质2.3.1 S盒及逆S盒的代数表达式2.3.2 S盒布尔置换的代数性质2.3.3 S盒的仿射变换周期和迭代输出周期2.3.4 S盒改进方案的设计2.4 线性变换的代数性质2.5 本章小节第三章 积分攻击及其改进攻击3.1 Square密码及其特性3.2 Square攻击3.2.1 简化的4轮攻击3.2.2 简化的5轮攻击3.2.3 简化的6轮攻击3.2.4 6轮攻击在7轮攻击中的应用3.3 Rijndael-128/192的7轮密钥相关攻击3.3.1 Rijndael-128算法描述及密钥扩展特性3.3.2 Rijndael-128/192的7轮密钥相关攻击3.4 Rijndael-128/256的9轮密钥相关攻击3.4.1 密钥差分模式3.4.2 攻击过程及复杂度3.5 本章小节第四章 代数攻击4.1 AES的MQ方程组4.1.1 AES在 GF（2）上的方程组8）上的 MQ方程组'>4.1.2 AES在 GF（28）上的 MQ方程组4.2 XSL攻击方法4.2.1 S盒抗代数攻击阻力4.2.2 XL算法4.2.3 对 AES MQ方程组的XSL攻击8）上的另一MQ表示'>4.3 对 BES方法的质疑及 AES在 GF（28）上的另一MQ表示4.4 本章小节第五章 基于 AES的短分组加密技术的研究5.1 基于 AES的短分组加密算法简介5.1.1 S盒（SubDeci）5.1.2 行移位（DeciShiftRows）5.1.3 列混合（DeciMixColumn）5.1.4 轮密钥运算控制（DeciControlRoundKey）5.1.5 轮密钥扩展（RoundKeyExpansion）5.1.6 加密解密算法5.2 S盒的改进及短分组加密算法 Square攻击5.2.1 新S盒的设计5.2.2 S盒改进前后加密算法抗 Square攻击比较5.3 S盒改进前后短分组加密系统性能比较5.4 本章小节第六章 总结与展望6.1 研究工作的总结6.2 进一步的工作展望参考文献致谢攻读硕士学位期间主要的研究成果
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