基于统计学的可信算法评估框架研究

论文摘要

信息安全是一个关系国家安全和主权、社会稳定、民族文化继承和发扬的重要问题。在信息安全受到广泛关注的今天,保障信息安全的各种可信算法的合理应用也变得日趋重要。因此,如何分析和评估各可信算法的安全等级和性能也变得日益迫切。本文在基于算法评估、统计学以及计算机仿真技术的基础上,试图提出一种基于统计学的可信算法评估框架(SBCAEF)。该框架主要由算法模型库、虚拟评估环境、环境仿真库三部分组成,其中算法模型库主要包含数据校验、消息摘要、加密算法三类可信算法,这些算法都是以动态链接库的形式被算法模型库调用的。虚拟评估环境则是利用计算机仿真技术的思想搭建的一个虚拟的评估环境平台,该平台包含针对不同算法设计的评估方案以及框架反馈两部分。环境仿真库则主要包括输入数据环境仿真、自然/人为攻击环境仿真两部分,其中输入数据环境仿真的原理是以时间为触发利用随机数产生机制来模拟产生现实中待评估算法的输入数据,而自然/人为攻击环境仿真则是通过编程人为地模拟自然或人为攻击的环境。最后,本文还将该SBCAEF分别用于指导评估消息摘要、数据校验、加密算法三类可信算法。评估所得的数据采用统计学的方法进行分析,即将一个个数据看成是一系列均匀分布的样本点,利用平稳随机过程的“各态历经性”,通过计算样本的期望和方差对算法的安全等级和性能进行评价。本文所建立的基于统计学的可信算法评估框架可以运用到将来更安全算法的评估中去,而所得的评估结果也结合了各类算法的特点,指出了它们各自适宜的应用场合,对于合理利用现有的可信算法以及设计与研究新的更安全的算法具有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 可信算法评估问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 算法评估的研究现状
• 1.2.2 计算机仿真技术的发展
• 1.3 本文的研究内容和章节安排
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 本文的章节安排
• 2 基于统计学的可信算法评估框架
• 2.1 SBCAEF
• 2.1.1 SBCAEF 的总体结构
• 2.1.2 建立SBCAEF 的假设
• 2.2 建立的数学基础
• 2.2.1 离散型随机变量
• 2.2.2 数学期望与方差
• 2.2.3 平稳随机过程
• 2.3 算法模型库
• 2.3.1 动态链接库概述
• 2.3.2 动态链接库的实现
• 2.4 虚拟评估环境
• 2.5 环境仿真库
• 2.5.1 随机数
• 2.5.2 随机数的实现
• 3 消息摘要算法的分析与评估
• 3.1 消息摘要算法
• 3.1.1 MD5 介绍
• 3.1.2 SHA-1 介绍
• 3.2 消息摘要算法的评估方案
• 3.3 统计分析
• 3.4 详细实现
• 3.4.1 信息包修改
• 3.4.2 算法评估流程
• 3.5 评估结果
• 4 数据校验算法的分析与评估
• 4.1 数据校验算法
• 4.1.1 CRC 介绍
• 4.1.2 CHECKSUM 介绍
• 4.2 数据校验算法的评估方案
• 4.3 统计分析
• 4.4 详细实现
• 4.4.1 自然攻击环境仿真
• 4.4.2 人为攻击环境仿真
• 4.4.3 算法评估流程
• 4.5 评估结果
• 5 加密算法的分析与评估
• 5.1 加密算法
• 5.1.1 DES 算法介绍
• 5.1.2 3DES 算法介绍
• 5.1.3 RSA 算法介绍
• 5.1.4 AES 算法介绍
• 5.2 加密算法的评估方案
• 5.3 统计分析
• 5.4 详细实现
• 5.4.1 随机密钥的产生
• 5.4.2 算法运行时间测定
• 5.5 评估结果
• 6 总结与展望
• 6.1 本文的工作总结
• 6.2 未来的研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录