流密码的算法研究与设计-毕业论文网

论文总字数：10897字

目录

第1章引言 5

1.1 密码学的发展历史 5

1.2 流密码的研究意义和研究状况以及研究方向 5

1.3 章节安排 6

第2章流密码的基本知识 6

2.1 流密码的基本原理 6

2.2 流密码的分类 6

2.3 流密码的设计方法 7

2.4 流密码的设计准则 7

第3章反馈移位寄存器 8

3.1 反馈移位寄存器 8

3.1.1 基本原理 8

3.2 线性反馈移位寄存器 8

3.2.1 LFSR基本原理 9

3.2.2 LFSR的特征多项式 9

3.2.3 m序列 9

3.2.4 m序列的伪随机性 10

3.3 非线性反馈移位寄存器 10

3.3.1 原理 10

3.3.2 M序列 10

3.3.3 m序列与M序列的比较 11

第4章经典流密码算法实例 11

4.1 RC4流密码 11

4.1.1 背景 11

4.1.2 构成 11

4.1.3 原理和实现 11

4.1.4 改进算法RC4A 12

4.2 A5流密码 13

4.2.1 背景 13

4.2.2 构成 13

4.2.3 原理及实现 13

4.2.4 安全性 14

4.2.5 一种改进 14

第5章设计一个简单的流密码 14

5.1 基本原理 14

5.2 初步设计 15

5.3 安全性分析 15

5.4 改进 15

5.5 安全性分析 16

5.6 与A5的比较 16

5.7 实例实现 16

第6章总结与展望 18

参考文献： 18

致谢 20

流密码的研究与设计

唐震

，China

Abstract：

With the progress of science and technology and the development of society, cryptography for information security is becoming more and more prominent. The stream cipher is an important branch, due to the advantages of flexible changing of the length, is widely used in the international society, plays an important role in the protection of information security. This paper studied the stream cipher, mainly from the following the content started:

1. The basic principle of the shift register used in stream cipher design is introduced, the construction of shift register is studied. The properties and characteristics of the two algorithms are analyzed and the properties of these two sequences are studied.

2. The implementation of RC4 algorithm and A5 algorithm is studied. The properties and characteristics of the two algorithms are analyzed, and their security is analyzed, and some improvements are proposed.

A simple stream cipher is designed by using linear feedback shift register, and its performance is studied. Finally, the security of the algorithm is analyzed.

Key words： stream cipher; feedback shift register; RC4; A5; security.

第1章引言

1.1 密码学的发展历史

密码学是探索密码算法客观规律的学科，最终达到加密和解密的目的。密码学的内容包含编译与破译两个部分，编译即是把明文编成密文来保障通讯安全，破译即是破解密码来获得信息。

密码通信有着悠久的历史，几千年前的古罗马古埃及就出现了密码通信。密码学最开始是在战争中用到：保护自己的情报进行加密，盗取对方情报而进行破译。交战的双方为了维护自己的情报和盗取情报斗智斗勇，不断地改进密码技术，从而加快了密码学地发展与进步。

很久以前，古希腊出现了“Code of Zetas”，斯巴达人把纸条螺旋缠绕_.在一个棍子上，顺着棍子从上到下地书写文字，不停地转，直到将棍子缠满。解下纸条后，发现纸条上的文字乱七八糟，这就得到了密文,但是把它缠在相同棒子上后，就可以看到最开始的消息了。

后来出现了古典密码，加密古典密码通常通过手工方法实现。置换和代换是设计中常用到的两种方法。置换是交换明文中的字符打乱字符的次序，代换则是用其他字符代替明文中的字符。凯撒密码就是将单个的字母逐个进行替换。凯撒密码按照顺序逐次替代，将每一个字符往后推3位，例如字符a变为字符d，这样实现了密码的编排。解密的时候只需要将每个字符往前推3位，依次后推，得到明文。

近代密码则是计算机科学快速发展的结果。电子计算机时代的到来，密码工作者有了充分的自由，不会犯纸笔带来的错误，能更加专注于密码设计过程本身。通过高新科技的使用我们能设计出更加复杂的密码系统。

现代密码学在二十世纪开始发展。香农写了一篇著名的文章，名字叫作《保密机制的通信理论》[1]，第一次在密码中用到了信息论，悠久的密码学从此步入系统的轨道，形成了现代密码学的基础。运用计算的手段对密文定量分析，建立合适的数学模形。美国人狄非和赫儿蔓提出了著名的公钥密码体制，他们在“密码学的新方向”[3]这篇文章中指出，由于加密用到的密钥和解密的是不一样的，因此不仅加密时的运算方法可以不用保密，而且密钥也可以被知道，只要不公开解密密钥。USA International Standards Authority公布了”Data Encryption Standard”[2]，提到加密和解密算法可以不用保密。

在信息时代，伴随着互联网通信、电子商务、超大规模集成电路等蓬勃发展，信息安全已经在个人生活经济商贸等领域越来越受重视。现在的密码使用领域更加广阔，密码学全面快速地成长。

1.2 流密码的研究意义和研究状况以及研究方向

密码分成对称密码和非对称密码[4]两类，加解密使用同一密钥的是对称密码，否则为非对称密码。流密码[5]属于对称密码，有着巨大的发展前景。

流密码的算法分析涉及军事机密，所以大多都是不公开的，国内外鲜有相关文献。但是，流密码结构简单，灵活多变，运算快，仍是在国际密码中应用的主流。所以，对于流密码的研究仍然有着深远的意义。

上世纪80年代，流密码设计炙手可热，特别流密码的分析方法、布尔函数的构造、安全标准等方面取得了很多成就。密钥流序列[6]是流密码研究的重点，即如何评判密钥流序列是否安全，评判的标准是什么，怎么样产生安全性能良好的密钥流序列，线性反馈移位寄存器[7]就是产生密钥流的典型例子。

流密码有着极大的研究前景，比如利用流密码生成验证码，与分组密码的紧密联系，两种不同的密码相互交叉，融合，取长补短，形成新的密码体系。

1.3 章节安排

第一章简单讲述了密码学的基本常识，包括它的历史发展进程、分类等，还有研究趋势，第二章介绍流密码的基本知识，第三章我们对移位寄存器相关知识进行了探讨，研究了m序列的伪随机性，介绍了M序列，第四章对几个常用的流密码进行分析如:RC4,A5等，并提出了相关改进，在第五章中自己设计一个简单的流密码，分析其性能，适用范围以及安全性问题。

第2章流密码的基本知识

在对流密码展开深入探索之前，让我们先来了解以下流密码的基本知识。

2.1 流密码的基本原理

一个完整的流密码系统包括明文，密文，密钥，密钥流的产生算法，明文的加密规则与密文的解密规则。

设加密变换，解密变换为，其中满足