中北大學(xué)信息論與編碼第7章加密編碼

1、1普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著2普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著3普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著4普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著5普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 保密性只要求對變換DK（解密密鑰）加以保密，只要不影響DK的保密，變換EK可以公布于眾。 EK DKM C M6普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著EK DK M C M 真實性只要求變換E （加密密鑰）保密，變換可公布于眾。 7普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材

2、信息論與編碼 曹雪虹等編著8普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著9普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著EB DB M C M保障保密性保障真實性 M C MDA EADA EBDB EA M C C C M保密性真實性10普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著12 ()()()kkkCE ME M E M1212()()()kkkCEMEm Em11普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著12普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著13普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹

3、雪虹等編著14普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著2(/)()(/)log(/)jijijjiH K Cp cp kcp kc 2(/)()(/)log(/)jijijjiH M Cp cp mcp mc15普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著16普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 因為 H(K/C)H(M/K,C) H(M/C)H(K/M,C)（M和K交換） H(M/C) （熵值H(K/M,C)總是大于等于零）H(M/C,K)0，上式得 H(K/C) H(M/C)即已知密文后，密鑰的疑義度總是大于等于明文的疑義度。我們

4、可以這樣來理解，由于可能存在多種密鑰把一個明文消息M加密成相同的密文消息C，即滿足的K值不止一個。但用同一個密鑰對不同明文加密而得到相同的密文則較困難。()KCEM17普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著又因為 H(K) H(K/C) H(M/C)，則 上式說明，保密系統(tǒng)的密鑰量越少，密鑰熵H(K)就越小，其密文中含有的關(guān)于明文的信息量I(M;C)就越大。至于破譯者能否有效地提取出來，則是另外的問題了。作為系統(tǒng)設(shè)計者，自然要選擇有足夠多的密鑰量才行。 (; )()(/)()()I M CH MH M CH MH K18普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪

5、虹等編著19普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著20普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 P盒 0 15 15 0 0 14 14 0 0 13 13 0 0 12 12 0輸 0 11 11 0 輸 0 10 10 0入 0 9 9 0 出 0 8 8 0數(shù) 0 7 7 0 數(shù) 0 6 6 0據(jù) 0 5 5 1 據(jù) 0 4 4 0 0 3 3 0 0 2 2 0 1 1 1 0輸入第i位輸出第j位151413121110987654321741210152111914638135換位盒(P盒) 21普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼

6、 曹雪虹等編著S盒n=3 2n=8 2n=8 0 00 1 1 1 2 21 3 3 1 4 41 5 5 1 6 6 7 7輸入輸出000001010011100101110111101010100111000110011001替代盒（S盒） 22普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 0 P s P s P s P 0 0 1 0 0 0 0輸 0 s s s 0 輸 0 1入 0 1 出 0 s s s 1數(shù) 0 1 數(shù) 0 0據(jù) 0 s s s 0 據(jù) 0 0 0 1 0 s s s 1 1 0 P盒和S盒的結(jié)合使用 23普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與

7、編碼 曹雪虹等編著1 264Kk kk24普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 64 64 64 16 次 64 48 64 64 輸入 初始置換 IP 密碼運算 逆置換 輸出 子密鑰 密鑰源 圖 7-6 DES 算法 25普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 64 32 32 L0 R0 K1 f L1R0 R1L0 f(R0，K1) K2 f L2R1 R2L1 f(R1，K2) Kn f L15R14 R15L14 f(R14，K15) K16 f L16R15 R16L15 f(R15，K16) 64 圖7-7 密碼運算 26普通高等教育

8、“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 Ri-1(32) 密鑰(64) E 密鑰表 48比特 Ki(48) S1 S2 S3 S8 P 32比特 圖7-8 密碼計算函數(shù)f(R，K) 27普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 密 鑰 64 置 換 選 擇 1 28 28 C0 D0 左 移 左 移 C1 D1 48 置 換 選 擇 2 K1 左 移 左 移 Cn Dn 48 置 換 選 擇 2 Kn 左 移 左 移 C16 D16 48 置 換 選 擇 2 K16 密鑰表計算28普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著29普通高等教育“十五”

9、國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著30普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著31普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著32普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著改進方法：密碼塊鏈接、密碼反饋方式33普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 M1 M2 M3 M4 C1 C2 C3 C4 V # # # # 密鑰 D D D D 解密箱 加密箱密鑰 E E E E V # # # # 異或 C1 C2 C3 C4 M1 M2 M3 M4 (a) (b)34普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹

10、雪虹等編著 64位移位寄存器 64位移位寄存器 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 64 8 密鑰 E 加密箱 C10 密鑰 E 加密箱 C10 選擇最左字節(jié) 選擇最左字節(jié) 8 M10 # C10 C10 # M10 8 (a) (b)密碼反饋方式密碼反饋方式35普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著36普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著37普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 F1 16 F2 16 K5 K6 G1 16 G2 1638普通高等教育“十五”國家

11、級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著39普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 64比特明文xx1 x2 x3 x4 K1 迭代1 K6w11 w12 w13 w14 K7 迭代2 K12 w21 w22 w23 w24w71 w72 w73 w74 K43 迭代8 K48 w81 w82 w83 w84 K49 輸出變換 K52 y11 y12 y13 y14 密文IDEAIDEA算法框圖算法框圖40普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 128比特密鑰K 子密鑰生成器 16 K1 K52 x1 x2 x3 x4 K1 K3 K2 K4 乘加 單元

12、 K5 K6 w11 w12 w13 w14 圖7-15 w1 w2 w3 w4 K49 K51 K50 K52 圖7-16 IDEA的輸出變換41普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著K(128比特) K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K15K16K9K10K11K12K13K14K15 K22K23K24K17K18K19K20K21K28K29K30K31K32K25K26K27K28K35K36K37K38K39K40K33K34 K41K42K43K44K45K46K47K48 K49K50K51K52 圖7-17 IDEA的子密鑰 42普通高等教

13、育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著43普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著44普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著45普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著46普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著47普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著48普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 公開加密密鑰 秘密解密密鑰 B(e，n) B(d，n) A(e，n) A(d，n)B發(fā)到A B M fA(e，n) C A A接收B A C fA(d，n) M A

14、發(fā)到B A M fB(e，n) C BB接收A B C fB(d，n) M49普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 公開加密密鑰 秘密解密密鑰 B(e，n) B(d，n) A(e，n) A(d，n)B發(fā)到A B M fB(d，n) S fA(e，n) C AA收到B A C fA(d，n) S fB(e，n) M 50普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著51普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著52普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著(mod )eyxn(mod )dxyn53普通高等教育“十五”國家

15、級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著npq( )(1)(1)npq()(mod ( )1edn54普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著55普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 (dA，nA) (eB，nB) (dB，nB) (eA，nA) Mi Si S Si Mi 56普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著23mod(02) (mod123)8388608(mod123)8AdiiASMn13mod8 (mod51)549755813888(mod51)26BeiBSSn57普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼

16、曹雪虹等編著5mod26 (mod51)11881376(mod51)8BdiBSSn7mod8 (mod123)2097153(mod123)2AeiiAMSn58普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著59普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著60普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著61普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 添加1512比特 報文長度K mod 264 L512比特N32比特 K比特 報文 1000 512比特 512比特 512比特 512比特 Y0 Y1 Yq YL-1 512 5

17、12 512 512ABCD H MD5 H MD5 H MD5 HMD5 128 128 128 128 128比特 報文摘要 采用MD5算法產(chǎn)生報文摘要 62普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 MDq 128 Yq 512 A B C D 32 ABCDfF (ABCD，Yq，T1.16) A B C D ABCDfG (ABCD，Yq，T17.32) A B C D ABCDfH (ABCD，Yq，T33.48) A B C D ABCDfI (ABCD，Yq，T49.64) MDq+1 128處理512比特塊的算法HMD5 63普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教

18、材信息論與編碼 曹雪虹等編著A B C D g 32 Xk Ti CLSs ABCLSsAg(BCD)XkTi 16次64普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著表7-12 基本函數(shù)的邏輯運算關(guān)系()()B CBD()()BDCDBCD()CBD輪輪基本函數(shù)基本函數(shù)gg(B,C,D)fFF(B,C,D)fGG(B,C,D)fHH(B,C,D)fII(B,C,D)65普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著表7-13 基本函數(shù)的真值表BCDFGHI0000111100110011010101010101001100100111011010011001110

19、066普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著67普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著68普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著69普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著70普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)節(jié)點密鑰1密鑰1密鑰2密鑰2節(jié)點節(jié)點明文71普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著7.6 通信網(wǎng)絡(luò)中的加密通信網(wǎng)絡(luò)中的加密節(jié)點加密 節(jié)點 節(jié)點 節(jié)點 加密數(shù)據(jù) 加密數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) （密鑰1） （密鑰2） 數(shù)據(jù) 密鑰1 密鑰1 密鑰2 密鑰2（安全模塊） （安全模塊） （安全模塊）數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)72普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材信息論與編碼 曹雪虹等編著7.6 通信網(wǎng)絡(luò)中的加密通信網(wǎng)絡(luò)中的加密端對端加密 節(jié)點密鑰1