序列密码序列密码
分组密码和序列密码
分组密码和序列密码
分组密码和序列密码是两种常见的对称密码算法。
分组密码是将明文分成固定长度的组（通常为64位或128位），然后对每一组进行加密操作，最终得到密文。
其中最常见的分组密码算法是DES和AES。
序列密码是按照明文或密文的顺序逐个加密或解密。
序列密码算法没有固定的分组长度，而是
根据算法规定的步骤对每个字符或比特进行处理。
最常见的序列密码算法是RC4和Salsa20。
分组密码和序列密码的主要区别在于加密的方式。
分组密码将明文分组加密，而序列密码是逐
个字符或比特加密。
这导致了两者在速度和安全性方面的差异。
分组密码通常比序列密码更安全，因为每个分组的长度固定，使得密码算法能更好地控制和混
淆数据。
而序列密码由于处理的单位是逐个字符或比特，容易受到统计分析等攻击。
然而，序列密码在某些特定的应用场景下具有优势。
由于可以逐个加密或解密，序列密码通常
具有更高的效率，适用于数据流传输和实时加密等场景。
总的来说，分组密码和序列密码都有自己的适用范围和优势，选择哪种密码算法取决于具体的应用需求和安全要求。
序列密码算法和分组密码算法的不同
序列密码算法和分组密码算法的不同
序列密码算法和分组密码算法的主要区别在于加密的方式。
具体来说，它们的不同点如下：
1. 加密方式：
- 序列密码算法：序列密码算法是逐位或逐字符地对待加密数据进行处理，也就是说，它是按顺序对数据中的每个元素进行加密。
常见的序列密码算法有凯撒密码、仿射密码、Vigenère 密码等。
- 分组密码算法：分组密码算法将待加密的数据分成固定长度的数据块，然后对每个数据块进行加密处理。
常见的分组密码算法有DES、AES等。
2. 加密速度：
- 序列密码算法：因为序列密码算法是逐个处理数据的，所以每个字符或位都需要进行相应的加密操作，因此速度较慢。
- 分组密码算法：分组密码算法是按数据块进行加密的，对每个数据块进行加密操作的时间相对较短，速度较快。
3. 安全性：
- 序列密码算法：由于序列密码算法是逐个处理数据的，因此在一些情况下，可以通过分析其中特定的模式或规律来猜测出加密算法或破解出密钥，从而降低了安全性。
- 分组密码算法：分组密码算法通过将数据分组，并对每个数据块进行加密处理，使得攻击者很难通过分析直接猜测出加密算法或破解出密钥，提高了安全性。
4. 密钥管理：
- 序列密码算法：序列密码算法通常使用相对简单的密钥，密钥的管理相对容易。
- 分组密码算法：分组密码算法通常使用较长的密钥，密钥的管理相对复杂。
总体来说，分组密码算法在安全性和加密效率方面优于序列密码算法，因此在实际应用中更为常见和广泛使用。
序列密码——精选推荐
序列密码序列密码引⾔序列密码⼜称流密码，它是将明⽂串逐位地加密成密⽂字符。
并有实现简单、速度快、错误传播少等特点。
密码按加密形式可分为：分组密码序列密码密码按密钥分为：对称密码(私钥密码)⾮对称密码(公钥密码)1. 加解密算法明⽂序列：m=m1m2……mn……密钥序列：k=k1k2……kn……加密：ci=mi+ki,i=1,2,3,……解密：mi=ci+ki,i=1,2,3,……注：+模2加，0+0=0，0+1=1,1+0=1,1+1=0例 m=101110011,c=m+k=111000110,m=c+k=101110011.1949年，Shannon证明了“⼀次⼀密”密码体制是绝对安全的。
如果序列密码使⽤的密钥是真正随机产⽣的，与消息流长度相同，则是“⼀次⼀密”体制。
但缺点是密钥长度要求与明⽂长度相同，现实情况中不可能实现，故现实中常采⽤较短的种⼦密钥，利⽤密钥序列⽣成器产⽣⼀个伪随机序列。
序列密码的原理分组密码与序列密码都属于对称密码，但两者有较⼤的不同：1. 分组密码将明⽂分组加密，序列密码处理的明⽂长度为1bit;2. 分组密码算法的关键是加密算法，序列密码算法的关键是密钥序列⽣成器。
3. 序列密码分类同步序列密码密钥序列的产⽣仅由密钥源及密钥序列⽣成器决定，与明⽂消息和密⽂消息⽆关，称为同步序列密码。
缺点：如果传输过程中密⽂位被插⼊或删除，则接收⽅与放送⽅之间产⽣了失步，解密即失败。
⾃动同步序列密码密钥序列的产⽣由密钥源、密钥序列⽣成器及固定⼤⼩的以往密⽂位决定，称为⾃同步序列密码（⾮同步密码）。
优点：如果密⽂位被删除或插⼊时，可以再失去同步⼀段时间后，⾃动重新恢复正确解密，只是⼀些固定长度的密⽂⽆法解密。
4. 密钥序列⽣成器的要求(key generation)种⼦密钥k的长度⾜够⼤，⼀般128bit以上，防⽌被穷举攻击;密钥序列{ki}具有极⼤的周期性现代密码机数据率⾼达10^8 bit/s，如果10年内不使⽤周期重复的{ki}，则要求{ki}的周期T>=3*106或255;良好的统计特征。
现代密码学之03序列密码
（1）以种子密钥为移存器的初态，按照确定的递推关 系，产生周期长、统计特性好的初始乱源序列。
（2）继而利用非线性函数、有记忆变换、采样变换等 手段，产生抗破译能力强的乱数序列。
在序列密码设计中，大多使用周期达到最大的那些 序列，包括：
（1）二元域GF(2)上的线性递归序列 （2）2n元域GF(2n)上的线性递归序列 （3）剩余类环Z/(2n)上的线性递归序列 （4）非线性递归序列
3.2.2 线性反馈移存器（LFSR）简介
c0=1
c1
c2 …
…
x1
x2
am-1
am-2
cn-2 xn-1
cn-1
cn
xn am-n
一、当ci=1时，开关闭合，否则断开；c0=1表示总有 反馈；一般cn=1，否则退化。
二、反馈逻辑函数
f(x1, x2, …, xn)=c1x1+c2x2+…+cnxn 三、线性递推式
= c0am+c1Dam+c2D2am+…+cnDnam) = (c0+c1D+c2D2+…+cnDn)am 因此反馈多项式（也称特征多项式）为：
g(x)= c0+c1x+c2x2+…+cnxn
五、状态转移矩阵
给定两个相邻状态：
则有
Sm=(am+n-1,…,am+1,am) Sm+1=(am+n,…,am+2,am+1)
管理问题！
因而人们设想使用少量的真随机数（种子密钥） 按一定的固定规则生成的“伪随机”的密钥序 列代替真正的随机序列ki，这就产生了序列密 码。
第4章(序列密码)
4.4 线性移位寄存器的一元多项式表示
设 n 级线性移位寄存器的输出序列满足递推 关系 an+k=c1an+k-1 c2an+k-2 … cnak (*) 对任何 k 1 成立。这种递推关系可用一个一 元高次多项式 P(x)=1+c1x+…＋cn-1xn-1＋cnxn 表示，称这个多项式为LFSR的联系多项式或 特征多项式。
初始状态由用户确定，当第i个移位时钟脉冲 到来时，每一级存储器ai都将其内容向下一级 ai-1传递，并根据寄存器此时的状态a1,a2,…,an 计算f(a1,a2,…,an)，作为下一时刻的an。反馈函 数f(a1,a2,…,an)是n元布尔函数，即n个变元 a1,a2,…,an可以独立地取0和1这两个可能的值， 函数中的运算有逻辑与、逻辑或、逻辑补等运 算，最后的函数值也为0或1。
图4-4 GF(2)上的n级线性反馈移位寄存器
输出序列{at}满足 an+t=cnat cn-1at+1 … c1an+t-1 其中t为非负正整数。 线性反馈移位寄存器因其实现简单、速度快、 有较为成熟的理论等优点而成为构造密钥流生 成器的最重要的部件之一。
例4.2 图4-5是一个5级线性反馈移位寄存器， 其初始状态为（a1,a2,a3,a4,a5）=(1,0,0,1,1)，可 求出输出序列为 1001101001000010101110110001111100110 … 周期为31。
即输出序列为101110111011…，周期为4。 如果移位寄存器的反馈函数f(a1,a2,…,an)是a1 ，a2，…，an的线性函数，则称之为线性反馈 移位寄存器LFSR（linear feedback shift register ）。此时f可写为 f(a1,a2,…,an)=cna1 cn-1a2 … c1an 其中常数ci=0或1 2加法。ci=0或1可 用开关的断开和闭合来实现，如图4-4所示。
第4讲 序列密码
1
0
0
1
1010 1101 0110 0011 1001
0
17
LFSR
举例
1111 0111 1011 0101 → → → → → → → → → → 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0
0
1
0
0
1010 1101 0110 0011 1001 0100
0
18
LFSR
举例
1111 0111 1011 0101 → → → → → → → → → → → 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0
LFSR的周期
上例周期为15 不同的LFSR周期不一定相同
举例：反馈函数仅引入b1，则周期最大为4
阶为n的LFSR的最大周期为2n-1 周期主要与反馈函数有关
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LFSR的周期
已经证明：当反馈函数是本原多项式时， 周期达到最大为2n-1 本原多项式定义
若阶为n的多项式P(x)能够整除xt+1，其中t = 2n-1，且对于任何d < 2n-1且d| 2n-1 ，P(x)不能 整除xd+1，则称P(x)为本原多项式
41
序列密码的评价标准
周期 统计特性 线性复杂度（局部线性复杂度） 混淆与扩散 非线性特性
42
真随机序列
信息源
电磁辐射，热噪声，人机交互等
不能用于加密，可以用于生成密钥
43
1
1000 1100 1110
LFSR
举例
1111 0111 1011 0101 → → → → → → → → → → → → → → → 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0
24
1
密码学3 序列密码
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随机性公设说明：
1）说明：序列中0、1出现的概率基本相同 2）说明：0、1在序列中每一位置上出现 的概率相同； 3）说明通过对序列与其平移后的序列作比 较，不能给出其它任何信息。
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从密码系统的角度看，一个伪随机序列还 应满足下面的条件： ① {ai}的周期相当大。 ② {ai}的确定在计算上是容易的。 ③ 由密文及相应的明文的部分信息，不能 确定整个{ai}。
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该移存器的周期是最长周期。 称能产生m序列的移存器为本原移存器，该 移存器对应的反馈多项式为本原多项式。 本原多项式所产生的序列是最长周期序列， 即 2n-1 ，称为m序列。
m序列在密码学中有广泛的应用。
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2、m序列特性
（一）基本定义
定义1：游程 若干个信号连续出现的现象称游程。
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（三）m序列的特性
性质1：“0、1”信号频次
r级m序列的一个周期中，1出现 2 r 1 r 1 2 1 个。 0出现
本原多项式
f ( x) x 4 x 1
个，
序列的一个周期：011110101100100
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性质2：在r级m序列的一个周期中，没有大于r的游程
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1
2. 单表代换密码 凯撒密码
c E3 (m) m 3(mod26),0 m 25 m D3 (c) c 3(mod26),0 c 25
移位变换
c Ek (m) m k (mod26),0 m, k 25 m Dk (c) c k (mod26),0 c, k 25
现代密码学第5章：序列密码
密钥流生成器的分解
k
k
驱动子 系统
非线性 组合子 系统
zi
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常见的两种密钥流产生器
目前最为流行和实用的密钥流产生器如 图所示，其驱动部分是一个或多个线性反馈 移位寄存器。
LFSR
………
LFSR1
LFSR2 ……
F
zi
F
zi
LFSRn
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KG的一般结构
通常，人们总是把KG设计得具有一定 的结构特点，从而可以分析和论证其强度， 以增加使用者的置信度。一般有以下模式：
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同步序列密码密钥流产生器
由于具有非线性的υ的有限状态自动机理 论很不完善，相应的密钥流产生器的分析工 作受到极大的限制。相反地，当采用线性的 φ和非线性的ψ时，将能够进行深入的分析 并可以得到好的生成器。为方便讨论，可将 这类生成器分成驱动部分和非线性组合部分 （如下图）。 驱动部分控制生成器的状态转移，并为 非线性组合部分提供统计性能好的序列；而 非线性组合部分要利用这些序列组合出满足 要求的密钥流序列。
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1.1 同步序列密码
根据加密器中记忆元件的存储状态σi是 否依赖于输入的明文字符，序列密码可进一 步分成同步和自同步两种。 σi独立于明文字符的叫做同步序列密码， 否则叫做自同步序列密码。由于自同步序列 密码的密钥流的产生与明文有关，因而较难 从理论上进行分析。目前大多数研究成果都 是关于同步序列密码的。
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密钥序列生成器(KG)基本要求
人们就目前的想象和预见，对KG提出 了以下基本要求： 种子密钥k的变化量足够大，一般应 在2128以上； KG产生的密钥序列k具极大周期，一 般应不小于255； k具有均匀的n-元分布，即在一个周 期环上，某特定形式的n-长bit串与其求反， 两者出现的频数大抵相当(例如，均匀的游 程分布)；