[發(fā)明專利]用于對(duì)稱性密鑰交換協(xié)議的虛S?盒的構(gòu)造方法與交換方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310532456.8
• 申請(qǐng)日: 2013-11-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103634103B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹毅峰;張陽(yáng);丁漢清;楊亞維;趙進(jìn)超;賀蕾;甘勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州輕工業(yè)學(xué)院
• 主分類號(hào): H04L9/08
• 分類號(hào): H04L9/08;H04L29/06
• 代理公司: 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司41109
• 代理人: 范之敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于多態(tài)性密碼理論的虛S-盒內(nèi)部SPN的協(xié)商構(gòu)造方法，屬于對(duì)稱性密鑰交換協(xié)議領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前電子商務(wù)中非正規(guī)場(chǎng)景應(yīng)用的臨時(shí)交易日益增多，若無(wú)長(zhǎng)期信任關(guān)系的通信雙方在臨時(shí)交易中實(shí)現(xiàn)密鑰共享，需要交易雙方快速協(xié)商不可抵賴含有簽名意義會(huì)話密鑰。從實(shí)際應(yīng)用考慮，基于公鑰體制數(shù)字證書(shū)的密鑰交換算法占用較多的計(jì)算資源，生成代價(jià)較高，其應(yīng)用場(chǎng)景適用于具備長(zhǎng)期信任關(guān)系的通信伙伴，這些類型的信息安全工程因計(jì)算成本較高的公鑰密碼體制而受限，無(wú)CA認(rèn)證的對(duì)稱性快速密鑰協(xié)商機(jī)制正在成為新的研究難點(diǎn)。多態(tài)性密碼理論（PMC）利用單向函數(shù)集合｛f1,f2,…,fn｝或者安全子系統(tǒng){S₁,S₂,…,S_n}集合，通信雙方提供隨機(jī)密鑰組，建立可實(shí)現(xiàn)的自編譯密碼通用模式，加密算法本身的隨機(jī)迭代排列成為其“多態(tài)性”構(gòu)造思想的核心。該理論利用數(shù)量較多的簡(jiǎn)單偽隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器以擴(kuò)展因子對(duì)所采集的隨機(jī)數(shù)據(jù)源進(jìn)行擴(kuò)展，構(gòu)成安全的PRNG（偽隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器），輸出一個(gè)周期較長(zhǎng)的直接和明文位進(jìn)行XOR運(yùn)算的置亂序列，實(shí)現(xiàn)對(duì)明文的加密，旨在完成對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)的加密。多態(tài)性密碼理論基本上屬于分組密碼和流密碼混合，為自編譯類的加密算法提供了一種新的密碼反饋模式。文獻(xiàn)“Fast?S-box?security?mechanism?research?based?on?the?polymorphic?cipher.Information?Sciences,Volume178,Issue6,15March2008,Pages1603–1610”提出的快速S-盒的構(gòu)造方法，可以由通信雙方各自擁有的PRNG來(lái)共同設(shè)計(jì)，這種方法利用多態(tài)密碼（PM?C）設(shè)計(jì)S盒中的置換函數(shù)，所得S盒的安全性依賴于通信雙方各自產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列周期長(zhǎng)度及偽隨機(jī)性，可以滿足S盒的嚴(yán)格雪崩準(zhǔn)則、輸出位獨(dú)立性和高階非線性準(zhǔn)則。但此方法未能有效地解決密鑰協(xié)商的安全性、完整性及可驗(yàn)證性。目前國(guó)際上適用于非正規(guī)場(chǎng)景的密鑰協(xié)商理論還不完善，國(guó)內(nèi)仍然是研究難點(diǎn)，這嚴(yán)重制約了短期合作伙伴的電子商務(wù)交易。快速安全的密鑰交換協(xié)議能保證短期通信雙方實(shí)現(xiàn)高效保密的通信，SPN是對(duì)稱性密鑰交換協(xié)議中的重要非線性組成部分，其性能決定密碼體制的安全性，需要利用混淆和擴(kuò)散性能好，高度非線性的算法來(lái)構(gòu)造。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明結(jié)合多態(tài)性密碼理論，采用滿足S-盒設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的虛S-盒技術(shù)解決SPN的核心問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠?qū)共罘置艽a分析、線性攻擊和窮舉攻擊的雙方共享SPN及多態(tài)性散列函數(shù)。以通信方的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包產(chǎn)生的參數(shù)啟動(dòng)自編譯系統(tǒng)，可以構(gòu)造高效安全的偽隨機(jī)虛迭代密碼算法，利用單向函數(shù)構(gòu)成的安全子系統(tǒng)進(jìn)行交叉組合，經(jīng)過(guò)多輪迭代后，獲得滿足密碼學(xué)特性的輸出序列，以此抵抗差分密碼分析和窮舉攻擊。本發(fā)明目的在于提供一種無(wú)可信第三方的對(duì)稱性快速密鑰交換算法，其核心SPN方法能保障通信雙方的系統(tǒng)安全性。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：用于對(duì)稱性密鑰交換協(xié)議的虛S-盒的構(gòu)造方法，它的步驟如下：

（1）作為通信的雙方的A和B，將自己的私鑰k_a、k_b和從網(wǎng)絡(luò)中所獲得的ur,dr,ut,dt4個(gè)隨機(jī)參數(shù)形成私有的5元密鑰組，構(gòu)造含有自編譯機(jī)器指令的PRNG，采用和Hash散列函數(shù)H_vif綁定的方式構(gòu)造鑰控安全子系統(tǒng)集；

（2）A采用K_a[5]為密鑰組，得到虛迭代函數(shù)所需的部分參數(shù)組