基于高级加密标准的分组加密模块的研究与实现

摘要

该论文实现和优化了一个可以直接应用于商业系统的基于高级加密标准的分组加密模块.作者首先仔细研究了AES分组加密标准的原理和实现过程.作者在详细阅读和分析FIPS-197的基础上,非常详细地介绍了该标准在计算机上软件实现中的每一个环节和可能遇到的具体情况.作者查阅和参考了国外AES标准方面的主要文献和最新进展情况,同时考虑了计算机软件实现的具体环境,对针对32位处理器的优化作了大量工作.文中给出了主要函数的C语言实现代码.接着,该论文介绍了分组密码算法加密模式的选择与实现.作者参考了中国国家标准GB/T15277-94和ISO8372-1987国际标准,对常用的四种分组密码链接模式ECB,CBC,CFB,OFB进行了详细的介绍和对比.尤其重视了这四种模式在实现中可能遇到的一些问题.在此基础上,作者实现了CFB模式,并且借鉴了著名的加密软件PGP2.6.3中的一些技巧,保证了这部分工作的安全性和高效性.作者指出,这部分工作,不仅仅是对AES适用,对整个分组密码的实现工作都是适用的.然后,该论文对相关的文件接口作了设计和实现.作者在考虑密码系统的常用模型之后,结合可能使用的软件环境,给出了一个比较完备的,易于扩充的文件接口及其实现.最后,作者针对整个系统给出了分析和测试结果,主要对比了整个系统在优化前和优化以后的效率差别.实际的测试数据表明,作者的算法和系统的优化工作是成功的和有效的.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1密码学的基本概念

§1.1.1对称密钥算法和公开密钥算法

§1.1.2分组密码和序列密码

§1.2 AES的相关背景

§1.2.1当代有影响的分组密码算法

§1.2.2 AES的产生过程

§1.2.3 AES实现的最新动态

§1.3本论文概述

§1.3.1实现密码算法和密码系统的特点

§1.3.2本论文中完成的工作

§1.3.3本论文中考虑的实际情况和遵循的准则

§1.3.4本论文研究工作的意义

§1.4本章小结

第二章基本数学运算及其在计算机上的软件实现

§2.1 F(28)上的运算及其实现

§2.1.1加法运算及其实现

§2.1.2乘法运算及其实现

§2.1.3求逆运算及其实现

§2.1.4乘以x及其实现

§2.2系数在GF(28)上的多项式

§2.2.1加法运算及其实现

§2.2.2乘法运算及其实现

§2.3本章小结

第三章AES标准的实现与优化

§3.1 AES原理概述

§3.2 AES实现综述

§3.3使用到的符号，数据结构和函数说明

§3.4加密过程

§3.4.1 Cipher()变换

§3.4.2 SubBytes()变换

§3.4.3 ShiftRows()变换

§3.4.4 MixColumns()变换

§3.4.5 AddRoundKey()变换

§3.5密钥扩展过程

§3.5.1 KeyExpansion()变换

§3.5.2 SubWord()变换

§3.5.3 RotWord()变换

§3.5.4 Rcon[i ]

§3.6解密过程

§3.6.1综述

§3.6.2第一种方案

§3.6.3第二种方案

§3.7针对32位处理器的优化

§3.8本章小结

第四章分组密码算法加密模式的选择与实现

§4.1常用分组密码链接模式

§4.1.1电子密码本模式

§4.1.2密码分组链接模式

§4.1.3密码反馈模式(CFB模式)

§4.1.4输出反馈模式

§4.1.5其它几种模式

§4.1.6四种常用模式的比较

§4.2实现中需要考虑的一些具体问题

§4.3本论文中实现的具体情况和技巧

§4.4本章小结

第五章文件接口

§5.1系统的文件接口

§5.2基于文件接口的性能测试

§5.3本章小结

第六章结论与展望

§6.1结论

§6.2用C语言实现密码系统的一点体会

§6.3进一步完善和发展

参考文献

致 谢