AES算法的安全性分析及其优化改进

论文摘要

随着信息技术的发展和信息社会的来临,计算机和通信网络的应用已不仅限于军事、政治、外交等保密机关,而是进入了人们的日常生活和工作中,出现了电子政务、电子商务、电子金融等必须确保信息安全的网络信息系统。网络信息交换已逐步成为人们获取和交换信息的主要形式,信息安全变得越来越重要。密码技术在解决网络信息安全中发挥着重要作用,信息安全服务要依赖各种安全机制来实现,而许多安全机制则需要依赖于密码技术。因此密码技术是信息安全的基础技术,而密码算法又是密码技术的核心,其重要性不言而喻。对此,密码的安全性和高效性也成为愈加重要的问题。对于一个密码算法而言,评价它的优劣主要依据的就是它的安全性和实现代价。其中,算法的“安全性”无疑是最重要的,如果一个算法被发现不安全就不会再被考虑。“代价”指的是各种实现的计算效率(速度和存储需求),包括软件实现、硬件实现和智能卡实现等。本文就是针对当前的高级加密标准AES算法提出某些相关的优化改进方案。先介绍了AES算法的数学基础,详细的加密、解密过程以及子密钥的生成方法。然后选用了三种不同类型的攻击方式对AES算法进行分析攻击,从而发现它的弱点。进而改进它的子密钥生成算法,并优化了加密、解密过程,使得减小其实现代价。在基本理论数学研究的基础上,将其得以实现,并论证了其优势。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 AES算法的发展历程
• 1.3 本文主要工作
• 第2章 AES算法的数学基础
• 8 ）'>2.1 有限域GF（ 2⁸）
• 8 ） 中的多项式'>2.2 系数在GF（ 2⁸ ） 中的多项式
• 第3章 Rijndael算法的结构详述
• 3.1 Rijndael的总体结构
• 3.2 加密算法中的轮变换
• 3.2.1 字节代替变换ByteSub
• 3.2.2 行移位变换ShiftRow
• 3.2.3 列混淆变换MixColumn
• 3.2.4 轮密钥加变换AddRoundKey
• 3.3 轮密钥生成算法
• 3.3.1 密钥扩展
• 3.3.2 轮密钥选择
• 3.4 解密过程
• 3.4.1 逆向行移位变换InvShiftRow
• 3.4.2 逆向字节代替变换InvByteSub
• 3.4.3 逆向轮密钥加变换InvAddRoundKey
• 3.4.4 逆向列混淆变换InvMixColumn
• 第4章 AES分组密码的攻击分析
• 4.1 穷尽密钥强力攻击
• 4.2 差分攻击
• 4.2.1 差分分析的原理
• 4.2.2 迭代密码的差分分析的过程
• 4.2.3 差分分析对AES可能造成的威胁
• 4.3 Square攻击
• 4.3.1 Square攻击的预备知识
• 4.3.2 对AES进行的Square攻击
• 4.3.3 Square攻击对AES可能造成的威胁
• 第5章 AES分组密码的优化改进
• 5.1 加密过程的优化
• 5.2 解密过程的调整优化
• 5.3 子密钥生成算法的改进
• 5.3.1 KHAZAD算法的子密钥生成过程
• 5.3.2 AES算法的子密钥生成算法改进
• 5.4 优化改进后的总结分析
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 摘要
• Abstract