序列密碼的編碼層次.ppt

序列密碼的編碼層次 及幾個序列密碼算法,量子密碼研究室 王 濱 2005年4月6日,2,序列密碼的編碼層次,一、編碼層次,前饋邏輯、時序邏輯、篩選邏輯和控制邏輯,（一）前饋邏輯,主要由初始亂源發(fā)生器(線性或非線性的反饋移位寄存器等),抽頭的變換以及前饋函數(shù)三部分組成。,3,1、初始亂源發(fā)生器：為前饋函數(shù)f(x)提供具有良好統(tǒng)計特性的輸入序列。在應(yīng)用中,以線性反饋移位寄存器作為初始亂源發(fā)生器是最常見的，給一個n級本原線性移存器注入n比特初態(tài)，便可以產(chǎn)生周期為2n-1的二元序列， “代價”是非常低的，,但低廉的代價，同時也導(dǎo)致了序列比特間“強烈的”線性制約關(guān)系, 對于n級本原移存器只需截收到2n個連續(xù)信號就可求出唯一解。因此它不能直接作為密鑰(亂數(shù))輸出使用。利用非線性前饋函數(shù)f(x)就可以“破壞”這種線性制約性,起到提高序列線性復(fù)雜度的作用。,4,2、抽頭變換：,3、前饋函數(shù)：,r 個抽頭l1,l2,lr作為前饋函數(shù)f(x)的輸入,它可以由密鑰因素來控制,起到增加密鑰變化量的作用,它與前饋函數(shù)一起構(gòu)成一個前饋網(wǎng)絡(luò)。,前饋函數(shù)f(x)是一個非線性布爾函數(shù)或多輸出的非線性布爾函數(shù) ，它一方面“破壞”輸入序列連續(xù)比特的線性制約關(guān)系,即提高輸入序列的線性復(fù)雜度；另一方面, f(x)又不能破壞輸入序列良好的偽隨機特性，同時還要考慮到輸入信息在輸出序列中的泄漏。,非線性變換應(yīng)滿足：能將LFSR序列的良好統(tǒng)計特性傳遞給所生成的密鑰序列，使輸出序列的周期足夠大；輸出序列能抗線性逼近，且不能泄露LFSR的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)。,5,（二）、時序邏輯,時序邏輯是一種有記憶變換，使輸出不僅與當(dāng)前時刻的輸入因素有關(guān)，而且與以前時刻的輸入和輸出因素有關(guān),從而實現(xiàn)輸入信息的縱向擴散。,1、累加器變換,輸入為： ；輸出為：,累加器變換定義為： ；且,可以看出：,6,2、實數(shù)和序列(R.Rueppel于1985年提出),設(shè)輸入序列為a、b，定義實數(shù)和序列z如下：,其中s稱為進位序列，假設(shè) 。,則,實數(shù)和序列實現(xiàn)數(shù)據(jù)的由低位向高位的擴散，即高位不僅受當(dāng)前輸入的影響，而且受以前輸入的影響。,7,3、 調(diào)換存儲變換,調(diào)換存儲區(qū)M包含 個存儲單元，a是輸入序列,b是輸出序列,c是k路控制序列。,工作過程如下: 在第i時刻，由序列c的k比特確定M中存儲單元的地址，從該地址中讀出的數(shù)據(jù)即為輸出,然后把a中相應(yīng)的值置入該存儲單元中。,8,（三）、篩選邏輯,篩選邏輯的作用就是破壞二元序列比特間的跟隨關(guān)系，增加算法的復(fù)雜性。,自控采樣：就是控制序列對其自身進行采樣，當(dāng)它的某一位為1時，走兩步輸出；為0時，走一步輸出。 例如：控制序列為：11111000110111010100001001. 得到的輸出序列為：1 1 1 001 01 1 1 1 0001 01.,9,（四）、控制邏輯,作用：控制算法中的各個編碼環(huán)節(jié)，例如控制源移存器的不等距采樣、抽頭位置的選取、前饋函數(shù)的選擇等?？刂七壿嫳旧磉€起到了增加密鑰變化量，提高算法復(fù)雜性的作用。,10,模擬的序列密碼算法,注：所謂n階拉丁方陣，是一個僅含有n個不同元素的方陣，且方陣的每行和每列正好包括每個元素各一次。,11,線性移位寄存器L-c是控制移存器，抽頭c-g控制源移存器L-o的動作，如c-g為0時，L-o走一步輸出；為1時走兩步輸出。抽頭c-i控制從源移存器的抽頭,即前饋函數(shù)f(x)的輸入，如c-i為0時取L-o的第1,3,5,7,.位置上的抽頭；為1時取L-o的第2,4,6,8,.位置上的抽頭。,a為前饋函數(shù)f(x)的輸出序列(若干路)，它與L-c的輸出序列c-m(若干路)通過拉丁方變換得到序列c-m ，以它作為調(diào)換存儲M的地址序列。b序列即為最后的輸出序列(密鑰序列)。,上圖中，從線性控制移存器L-c抽出的各抽頭序列，起到了控制作用，屬于控制邏輯；源移存器L-o、抽頭s以及前饋函數(shù)f(x)構(gòu)成前饋邏輯；調(diào)換存儲M起到了打亂序列時序的作用，屬于時序邏輯；從L-c抽出的抽頭c-g控制源移存器L-o的動作，對其產(chǎn)生的序列進行不等距采樣，屬于篩選邏輯。,12,A5/2算法密鑰發(fā)生器,13,A5/2算法密鑰發(fā)生器,