[發(fā)明專利]一種面向字節(jié)的密鑰流生成方法及加密方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010177963.0
• 申請(qǐng)日: 2010-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN101826959A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮登國(guó);馮秀濤;張文濤;范修斌;武傳坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院軟件研究所
• 主分類號(hào): H04L9/06
• 分類號(hào): H04L9/06
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200
• 代理人: 余長(zhǎng)江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要應(yīng)用于信息安全傳輸領(lǐng)域，具體涉及一種用于產(chǎn)生加密用密鑰流序列的密鑰流生成方法及加密方法。

背景技術(shù)

密碼技術(shù)歷史悠久，最初用于保護(hù)軍事和外交通信安全。但是，隨著通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及，現(xiàn)代密碼學(xué)的應(yīng)用不再局限于政治、軍事和外交，其商業(yè)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值得到了廣泛的認(rèn)同。保密是密碼學(xué)的核心，而加密是獲得信息保密的實(shí)用工具?，F(xiàn)代加密技術(shù)就是一些數(shù)學(xué)變換(算法)，在加密者擁有的秘密信息(加密密鑰)控制下，將要加密的信息(明文)變換成難于理解和與隨機(jī)信息難于區(qū)分的信息(密文)，通過不安全的信道傳送給接收者。而解密操作，就是在接收者擁有的秘密信息(解密密鑰)的控制下，將密文恢復(fù)成明文。根據(jù)加、解密者擁有的密鑰是否相同，可以把加密算法分為公鑰密碼算法和私鑰密碼算法。公鑰密碼算法的加、解密密鑰不同，加密密鑰一般是公開的，解密密鑰為消息接收者私有。私鑰密碼算法的加、解密密鑰一般是相同的，均是保密的。而且加、解密的變換一般也是相同或相似的。

私鑰密碼算法又分為分組密碼算法和流密碼算法。分組密碼算法一般對(duì)消息進(jìn)行分塊加密，算法運(yùn)行一次加密一個(gè)較大的消息塊。流密碼算法一般用一個(gè)短的密鑰，用特定的密鑰流生成算法，生成與要加密的消息長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)拿荑€流序列，將密鑰流序列與明文按位異或達(dá)到加密的目的。而解密方生成同樣的密鑰流序列，與密文異或，即可得到明文。所以，流密碼算法的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)安全快速的密鑰流生成算法。

流密碼一直是各國(guó)爭(zhēng)相研究的熱門課題。因?yàn)樗哂袑?shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，加密速度快(比分組密碼快5到10倍)、無或只有有限的錯(cuò)誤傳播等特點(diǎn)。隨著通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的運(yùn)行一次生成一個(gè)比特的密鑰流生成方法已經(jīng)不能滿足實(shí)現(xiàn)速度上的需要，尤其是軟件實(shí)現(xiàn)方面，一些面向字的密鑰流生成方法逐漸被設(shè)計(jì)出來，即運(yùn)行一次生成若干比特的密鑰字，由密鑰字組成密鑰流序列。例如SNOW?3G算法、Rabbit算法。

在此背景下，需要一種面向字，尤其是面向字節(jié)的密鑰流生成方法及加密的方法，適合軟硬件實(shí)現(xiàn)并且安全性高。

本發(fā)明的目的在于提供一種面向單字節(jié)(8比特)的密鑰流生成方法，以初始密鑰和初始向量作為輸入，產(chǎn)生一定長(zhǎng)度的密鑰流序列。本方法能夠在軟、硬件上快速實(shí)現(xiàn)，生成的密鑰流序列有良好的隨機(jī)性和非線性性。本發(fā)明的另一目的在于提供一種加密方法，利用本發(fā)明提供的密鑰流生成方法產(chǎn)生的密鑰流序列對(duì)消息進(jìn)行加密。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：

一種面向字節(jié)的密鑰流生成方法，包括以下步驟，

1)生成步驟，利用線性反饋移位寄存器生成一個(gè)源序列；

2)混淆步驟，采用非線性函數(shù)F和BOMM函數(shù)兩部分順序構(gòu)成，所述非線性函數(shù)F將源序列中的若干字節(jié)進(jìn)行非線性壓縮變換，產(chǎn)生一個(gè)字節(jié)的輸出，所述BOMM函數(shù)接收非線性函數(shù)F的輸出作為輸入；

3)輸出步驟，BOMM的輸出和源序列的一個(gè)字節(jié)按位異或得到密鑰流。

所述非線性函數(shù)F部分，輸入為源序列的4個(gè)字節(jié)，輸出為一個(gè)字節(jié)，包含一個(gè)32比特的記憶單元，具體步驟為：

A、計(jì)算F函數(shù)輸出：取32比特記憶單元的8位作為F函數(shù)的輸出；

B、更新記憶單元：將源序列的4個(gè)字節(jié)并置成一個(gè)32比特的字，與記憶單元的值異或，異或后的32比特輸入4個(gè)并列的8進(jìn)8出的S盒，4個(gè)S盒的輸出進(jìn)入一個(gè)線性變換，線性變換的輸出更新寄存器的值；

BOMM函數(shù)部分，輸入、輸出均為一個(gè)8比特字節(jié)。此處將F函數(shù)的輸出作為BOMM的輸入。BOMM函數(shù)結(jié)構(gòu)包含16個(gè)記憶單元，每個(gè)記憶單元存放一個(gè)字節(jié)，還包含2個(gè)8進(jìn)8出的S盒，具體步驟為：

A、計(jì)算BOMM輸出：取輸入字節(jié)的高4比特的值作為h，用第h個(gè)(從零開始計(jì)數(shù))記憶單元的內(nèi)容與輸入字節(jié)異或后作為BOMM的輸出；

B、更新記憶單元：取輸入字節(jié)的低4比特值作為1，將輸入字節(jié)經(jīng)過S盒運(yùn)算后的結(jié)果與第1個(gè)記憶單元的值異或，用于更新第1個(gè)記憶單元的值；

將已更新過的第1個(gè)記憶單元的值經(jīng)過S盒的變換后與第h個(gè)記憶單元的值異或，用于更新第h個(gè)記憶單元的值；

所述生成步驟采用有限域上的本原多項(xiàng)式作為線性反饋移位寄存器的反饋多項(xiàng)式。

為了達(dá)到上述另一發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：

一種加密方法，其步驟包括：

1)將加密密鑰和初始向量利用密鑰擴(kuò)展算法裝入線性反饋移位寄存器，并進(jìn)行初始化操作；

2)生成一個(gè)字節(jié)的密鑰流，方法如下：

2-1)運(yùn)行非線性函數(shù)F，具體包括：