序列密码非线性组件的设计研究

摘要

对称密码体制具有加解密效率高、速度快、易于软硬件实现、系统开销小等特点，因此适合加密大量数据，被广泛运用在信息安全的各领域中。序列密码是对称密码体制的重要组成部分，经过几十年的发展与完善，涌现出了源源不断的设计新思想，具备了坚实的数学基础和丰富的理论成果。如今，已经出现了多种类型的序列密码，它们大多是硬件实现的专用算法，目前还无标准的序列密码算法。本论文着重学习研究序列密码非线性组件和序列密码算法的设计工作，主要完成的内容如下：
　　1.了解了序列密码的发展历程，学习了序列密码的基本概念、分类和原理，学习了序列密码的五个基本编码环节和九种传统密钥序列产生器的设计方法，给出了序列密码设计中的六条一般性的准则。
　　2.介绍了加密体制中存在的四种基本攻击类型，介绍了针对序列密码算法的四种分析方法，重点介绍了一种基于图论的差分分析方法，这种方法能够通过矩阵乘法来有效地计算差分概率。
　　3.测试了SOBER-t16算法中函数 f(x)的各项安全性指标：差分均匀度、非线性度、代数次数、相关免疫阶，并得到了一些关于非线性过滤层安全性的结论。同时，设计了两个思路大不相同的非线性组件sunshine和moonlight，分别阐述了这两个组件的设计思路，利用随机抽样检测测试了这两个组件的各项安全性指标。
　　4.基于所设计的sunshine和moonlight组件，设计出了两个全新的序列密码算法SUN和MOON，给出了算法的设计思路。同时讨论了迭代结构对代数次数的影响，并且给出了相关证明，得出了一些关于代数次数的结论。
　　5.编程实现了SUN算法和MOON算法，并给出了这两个算法的工程适用性分析报告。对于算法SUN和MOON，分别从内存使用、运算符使用和实现技巧三个方面对软件实现做了描述。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2序列密码的发展

1.3序列密码的设计思想

1.4密码体制的安全性

1.5论文的主要工作和结构安排

第二章 序列密码的设计原理

2.1序列密码的概念

2.2传统的序列密码设计

2.3序列密码的一般性设计准则

2.4小结

第三章 序列密码的分析

3.1密码分析方法概述

3.2常见的分析方法

3.3基于图论方法的差分特性的研究

3.4小结

第四章 非线性组件的测试与设计

4.1SOBER-t16算法中NLF的测试研究

4.2设计的非线性组件之一：sunshine组件

4.3设计的非线性组件之二：moonlight组件

4.4sunshine与moonlight组件的对比

4.5小结

第五章 新的序列密码算法

5.1 AES算法

5.2迭代结构对代数次数的影响

5.3SUN算法

5.4MOON算法

5.5小结

第六章 算法的工程适用性分析

6.1软件分析概述

6.2SUN算法软件实现方法

6.3SUN算法软件仿真结果

6.4MOON算法软件实现方法

6.5MOON算法软件仿真结果

6.6小结

第七章 结论和展望

参考文献

致谢

作者简介

1.基本情况

2.教育背景

3.攻读硕士学位期间的研究成果