密码算法的安全性检测及关键组件的设计

论文题目: 密码算法的安全性检测及关键组件的设计

论文类型: 博士论文

论文专业: 计算机应用技术

作者: 陈华

导师: 冯登国

关键词: 密码算法,随机性检测,密码组件,分组密码,序列密码,杂凑算法,偏差检测,演化设计,遗传算法

文献来源: 中国科学院研究生院（软件研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 密码算法是信息安全的重要基础。近些年来,许多国家和机构都纷纷开展了密码算法的标准化工作,从而掀起了密码算法设计的新高潮。在对密码算法的征集过程中,一个很关键的问题就是如何对密码算法进行正确的评估。其中安全性是最重要的评估因素,它包括算法数学基础的稳健性、抗攻击性和随机性等等。 在以上背景下,本论文研究了如何利用一些统计测试原理对算法的随机性进行检测,另外,本文还研究了关键密码组件的安全性检测以及如何设计安全有效的密码组件,并取得了以下几个方面的研究成果: 1)系统总结了各类密码算法的安全性检测方法,并在已有的关于分组密码算法、序列密码算法和伪随机数生成算法的随机性检测的基础上,新增加了对杂凑函数的随机性检测的研究,它包括杂凑函数摘要的随机性检测,消息的扩散性检测和密钥的扩散性检测。 2)设计了一种关于分组密码密钥编排算法的随机性检测方法。目前关于分组密码算法随机性检测的研究只限于加密算法,而密钥编排算法也是分组密码算法的重要组成部分,不好的密钥编排算法很容易导致对分组密码算法的攻击。理想的密钥编排算法应该能使生成的子密钥具有统计独立性。本文设计了一种随机性检测算法,通过它可以计算出子密钥之间的统计独立性程度。 3)提出了关于S盒的一种偏差检测方法。它基于这样一个基本原理:在一个由所有布尔函数构成的空间里,随机选取一个布尔函数,对它的所有输出向量进行异或后得到的值应该是等可能的。由此,我们可以延伸到S盒中,对于一个具有良好随机特性的S盒,如果我们分别固定输入输出的某些位,随着被固定的输入位的取值的变化,会得到一些独立的子布尔函数,它们输出的异或值的取值应该是等可能的,在这里,我们将统计所有子布尔函数的输出异或值的概率偏差。这种对S盒的偏差检测反映了S盒的随机性程度。 4)设计出一批具有良好密码学特性的S盒。首先研究了如何按照一定的规则改变S盒的局部输出,从而逐步改善S盒的密码特性。另外研究了如何利用基因算法来演化设计双射S盒,在给定的演化策略下,可以设计出大量具有高非线性度和低差分均匀性的双射S盒。最后,提出了一种基于RC5算法构造S盒的方法。该方法利用RC5算法安全、结构简单的特点,将它的结构抽象出来用以构造现在流行的8×8的S盒。

论文目录:

摘要

Abstract

目录

第1章 引言

1.1 密码算法的标准化

1.1.1 美国密码算法标准化工作

1.1.2 欧洲密码算法标准化工作

1.1.3 日本密码算法标准化工作

1.1.4 韩国密码算法标准化工作

1.2 密码算法的评估策略

1.3 本文的研究重点

1.4 各章节的安排

第2章 密码算法原理知识

2.1 分组算法原理

2.1.1 分组密码算法基本概念

2.1.2 分组密码算法的攻击方法

2.1.3 分组算法的设计原则

2.2 杂凑函数基本原理

2.2.1 杂凑函数与密码学

2.2.2 杂凑函数的分类

2.2.3 杂凑函数的攻击方法

2.2.4 单向迭代杂凑函数的评测规则

2.3 序列密码原理

2.3.1 序列密码的基本概念

2.3.2 线性反馈移位寄存器

2.3.3 序列密码的分析

2.4 伪随机数发生器原理

2.5 ECC原理

2.5.1 有限域上的椭圆曲线

2.5.2 椭圆曲线上的有理点数

2.5.3 椭圆曲线上的加法运算

2.5.4 椭圆曲线签名算法ECDSA

2.6 RSA算法

2.6.1 RSA算法的基本原理

2.6.2 RSA的安全性分析

第3章 密码算法的随机性检测

3.1 统计测试概率知识

3.1.1 二项分布

3.1.2 正态分布

3.1.3 x~2分布

3.1.4 皮尔逊x~2拟合检验

3.2 局部随机性统计检测

3.2.1 频数检验

3.2.2 游程检验

3.2.3 自相关检验

3.2.4 累加和检验

3.2.5 矩阵秩检验

3.2.6 离散傅立叶检验

3.2.7 线性复杂度检验

3.2.8 压缩检验

3.2.9 其它检验

3.3 密码算法的随机性检测

3.3.1 伪随机数发生器的随机性检测

3.3.2 分组密码算法的随机性检测

3.3.2.1 密文的局部随机性检测

3.3.2.2 基于二项分布的随机性检测项目

3.3.2.3 密钥编排算法的随机性检测

3.3.3 序列密码算法的随机性检测

3.3.4 杂凑函数的随机性检测

3.4 本章小结

第4章 关键密码组件的安全性检测

4.1 分组密码算法组件的检测

4.1.1 S盒的检测

4.1.1.1 S盒的检测指标

4.1.1.2 S盒的偏差检测

4.1.2 P置换的检测

4.2 RSA算法的密钥检测

4.2.1 素性检测

4.2.2 其它检测

4.3 安全椭圆曲线的参数检测

4.3.1 特征P的参数检测

4.3.2 特征2的参数检测

4.4 本章小结

第5章 关键密码组件的设计

5.1 S盒的设计

5.1.1 几种典型的S盒的设计方法

5.1.2 Hill Climbing算法

5.1.2.1 如何同时改善双射S盒的非线性度和差分均匀性

5.1.2.2 如何提高自反S盒的非线性度

5.1.2.3 变换三个输出变量的Hill Climbing算法

5.1.3 基于遗传算法的双射S盒的多目标演化设计

5.1.4 基于RC5算法的S盒的构造

5.1.4.1 RC5算法

5.1.4.2 S_RC5算法

5.1.4.3 实验结果及分析

5.2 P置换的构造

5.3 安全椭圆曲线的构造

5.3.1 SEA算法

5.3.2 Satoh算法

5.3.2.1 曲线的形式

5.3.2.2 典范提升

5.4 本章小结

第6章 结束语

6.1 论文的研究成果

6.2 进一步的工作

参考文献

攻读博土学位期间发表的论文与参加的项目

致谢

发布时间: 2005-07-08

参考文献

• [1].基于混沌的密码算法及关键技术研究[D]. 王云峰.浙江大学2006
• [2].混沌序列密码算法的分析与设计[D]. 韦军.重庆大学2006
• [3].现代密码算法分析与研究[D]. 刘景美.西安电子科技大学2006
• [4].基于动力学特性的混沌密码算法研究[D]. 刘泉.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)2014
• [5].基于混沌动态S盒的密码算法及其应用研究[D]. 郭现峰.西南交通大学2011
• [6].密码算法的组件设计与分析[D]. 海昕.国防科学技术大学2014
• [7].基于NLFSR的序列密码算法的分析方法研究[D]. 丁林.解放军信息工程大学2015
• [8].RSA密码算法的格攻击技术研究[D]. 郑永辉.解放军信息工程大学2009
• [9].多个混沌系统构造密码算法的理论及应用研究[D]. 刘金梅.华南理工大学2009
• [10].密码算法识别与分析关键技术研究[D]. 李继中.解放军信息工程大学2014

相关论文

• [1].分组密码理论与某些关键技术研究[D]. 谷大武.西安电子科技大学1998
• [2].分组密码的设计与安全性分析[D]. 胡豫濮.西安电子科技大学1999
• [3].分组密码体制中置换理论的研究[D]. 李志慧.西北工业大学2002
• [4].高级加密标准AES中若干问题的研究[D]. 韦宝典.西安电子科技大学2003
• [5].分组密码的分析与设计[D]. 张文涛.中国科学院研究生院（软件研究所）2004
• [6].一种基于移动代理的自适应的分布式入侵检测系统的架构与实施[D]. 王晋.中国科学院研究生院（软件研究所）2005
• [7].信息安全中有限环上的纠错码和序列密码研究[D]. 朱士信.合肥工业大学2005
• [8].几类伪随机序列的研究[D]. 胡红钢.中国科学院研究生院（电子学研究所）2005
• [9].密码函数及其构造[D]. 张卫国.西安电子科技大学2006
• [10].现代密码算法分析与研究[D]. 刘景美.西安电子科技大学2006

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