流密码详解
第2章 密码学基础 流密码.
证明： 在等式 an+1=c1an c2an-1 … cna1 an+2=c1an+1 c2an … cna2 … 两边分别乘以xn,xn+1,…，再求和，可得 A(x)-(a1+a2x+…+anxn-1) =c1x[A(x)-(a1+a2x+…+an-1xn-2)] +c2x2[A(x)-(a1+a2x+…+an-2xn-3)]+…+cnxnA(x)
1 0 1 1 1 0
即输出序列为101110111011…，周期为4。 如果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， 是模2加法。ci=0或1可用开关 的断开和闭合来实现，如图2.10所示。
k
安全信道
k
滚动密钥生成器 zi xi
Ez xi
i
滚动密钥生成器
zi
yi
yi
D z yi
i
xi
图2.2 同步流密码体制模型
二元加法流密码是目前最为常用的流密码体制，其 加密变换可表示为yi=zi xi。
图2.3 加法流密码体制模型
一次一密密码是加法流密码的原型。事 实上，如果（即密钥用作滚动密钥流），则 加法流密码就退化成一次一密密码。 实际使用中，密码设计者的最大愿望是 设计出一个滚动密钥生成器，使得密钥经其 扩展成的密钥流序列具有如下性质：极大的 周期、良好的统计特性、抗线性分析、抗统 计分析。
流密码名词解释
流密码名词解释流密码是一种用于保护信息安全的密码算法。
它通过对数据流逐位进行加密和解密，以确保数据在传输和存储过程中的保密性。
不同于传统的块密码算法，流密码是一种流式加密算法，它将明文划分为一个个的位，然后通过一系列的加密操作，将明文转化为密文。
流密码的基本原理是使用一个密钥生成一个伪随机的密钥流，再将密钥流与明文进行异或运算，得到密文。
解密时，使用相同的密钥再次生成密钥流，并将密文与密钥流进行异或运算，即可恢复出原始的明文。
流密码的加密速度通常非常快，并且不受明文长度的限制。
它可以用于各种不同的应用场景，包括通信、存储和计算机网络等。
对于需要实时传输和处理大量数据的系统，流密码是一种非常有效的加密方式。
流密码具有以下几个重要的特点：首先，流密码具有良好的扩展性。
它可以方便地应用于各种不同的通信协议和网络环境，无论是传统的有线网络还是无线网络。
其次，流密码的安全性与密钥的选择和管理密切相关。
密钥的强度和安全性直接影响着流密码算法的安全性。
因此，在使用流密码时，必须注意密钥的保密性和更新策略，以及密钥生成算法的安全性。
再次，流密码对明文的保密性非常高。
由于流密码是逐位进行加密的，所以即使部分明文被攻击者获取，也无法得到完整的明文信息。
最后，流密码具有较低的存储空间需求。
由于流密码是逐位加密的，不需要额外的存储空间来存储加密后的数据。
这使得流密码在资源受限环境下的应用更加方便。
综上所述，流密码是一种有效的加密算法，能够在信息传输和存储过程中提供良好的保密性和安全性。
但是，在使用流密码时，我们仍然需要密切关注密钥的安全性和密钥管理的问题，以确保数据的保密性。
古典密码和流密码的原理及应用
古典密码和流密码的原理及应用古典密码和流密码是密码学领域中两种基本的加密算法，它们分别有着不同的原理和应用。
本文将就古典密码和流密码的原理及应用进行介绍。
一、古典密码的原理及应用古典密码是指几乎所有密码学家都熟悉的早期密码系统，它主要包括凯撒密码、替换密码和仿射密码等。
这些密码系统都是基于简单的数学运算和替换规则来对明文进行加密的。
其中最为简单的凯撒密码是通过将每个字母按照一个固定的偏移量来进行位移，例如将字母A替换为D，B替换为E，以此类推。
替换密码则是通过将明文中的字母按照一个固定的规则替换成密文中的字母，而仿射密码则是通过对明文中的字母进行线性变换来得到密文。
古典密码的应用已经不再常见，因为它们在现代密码学中已经被更为复杂和安全的加密算法所取代。
但是古典密码作为密码学的基础，仍然具有一定的研究意义。
流密码是一种对称加密算法，它利用伪随机数发生器生成的密钥流与明文进行按位运算，以此来对明文进行加密。
流密码的原理就是利用密钥流与明文进行按位异或来得到密文，解密过程与加密过程相同，只需要再次与密钥流进行按位异或即可得到明文。
流密码的应用非常广泛，它可以用于保护无线通信、加密电子邮件、保护网络传输等领域。
由于流密码算法在加密速度和密钥分发方面具有优势，因此在一些对实时性要求较高的应用中得到了广泛的应用。
三、古典密码和流密码的比较古典密码和流密码在加密原理和应用方面有着很大的不同之处。
古典密码是基于字母替换和数学运算的原理进行加密的，它的安全性主要依赖于密钥的保密性和算法的复杂性。
而流密码则是利用伪随机数发生器生成的密钥流与明文进行按位运算，从而实现加密和解密过程。
古典密码在现代密码学中已经不再安全，因为它们容易受到频率分析等攻击手段的破解。
而流密码虽然在理论上是安全的，但是其安全性主要依赖于随机数发生器的质量和伪随机数的随机性，因此在实际应用中需要选取合适的伪随机数发生器以及适当的密钥长度来保证安全性。
lfsr流密码加密原理
lfsr流密码加密原理
LFSR流密码加密原理是一种流密码加密算法，其基本原理是利用线性反馈移位寄存器（LFSR）产生一个伪随机序列，将明文与伪随机序列进行异或运算，从而实现加密。
LFSR是一种特殊的寄存器，其输出值是由寄存器中各位的布尔逻辑运算得出的。
LFSR的输出序列具有很高的随机性和复杂性，但实际上是可预测的，因为其输出值是由初始状态和寄存器反馈多项式决定的。
在LFSR流密码加密中，首先需要确定一个LFSR的初始状态和反馈多项式，接着利用该LFSR产生伪随机序列。
然后将明文按照与伪随机序列相同的序列长度进行分组，对每个明文组进行异或运算，得到密文组。
解密时，同样需要使用相同的初始状态和反馈多项式，产生相同的伪随机序列，再将密文组与伪随机序列进行异或运算，得到明文组。
LFSR流密码加密算法具有较高的加密强度和较快的加密速度，在数字通信和计算机网络等领域得到广泛应用。
但是，由于LFSR的输出序列是可预测的，因此容易受到攻击。
为了增强安全性，可以采用多种技术对LFSR进行改进，如添加非线性变换、多项式置换等。
- 1 -。
流密码算法
流密码算法
流密码算法是一种处理小消息和流数据的加密技术。
它是由美国国家安全局（NSA）开发的一种新型密码技术，在可能的情况下，它可以提供安全的、可验证的加密技术，可以被用于加密网络通信、网络文件存储和远程访问。
流密码算法实际上是一种密码算法，它将密钥均匀地分布在整个消息上，并以流式加密的方式处理消息。
它通过将密钥均匀地分布在整个消息上，实现对消息的加密，同时可以防止任何非法影响或破坏消息内容。
此外，流密码算法还允许对数据进行不断变换，以便在发送端和接收端之间实现有效的验证技术。
流密码算法的优点是在加密消息的同时也可以识别消息的真实性，从而防止被篡改、非法监听和泄露。
流密码算法的一个关键特性是，它使用的密钥会随着时间的推移而不断变化，因此，使用者可以定期更新密钥，以便保持其安全性。
另外，流密码算法还可以提供可靠的、可验证的加密服务，可以确保隐私信息的完整性和真实性，从而提高网络传输数据的安全性和可靠性。
流密码算法在实现加密数据传输的同时，还提供了有效的完整性保护和身份认证机制，这可以有效地防止非法篡改，从而提高网络传输数据的安全性。
此外，流密码算法还可以提供解决网络传输数据安全问题的可靠解决方案，从而确保传输数据安全不被篡改，同时提供高效的访问控制。
总而言之，流密码算法是一种处理小消息和流数据的加密技术，可以提供可靠、可验证的加密技术，为安全的网络通信、网络文件存储和远程访问提供安全保障。
它的一大特性在于它使用的密钥会随着时间的推移而不断变化，以此来防止任何非法影响或破坏消息内容，并提供可靠的、可验证的加密服务，确保隐私信息的完整性和真实性，从而提高网络传输数据的安全性和可靠性。
密码学第7章 流密码
分组密码与流密码的区别：有无记忆性
流密码的滚动密钥 z0 f (k, 0 ) 由函数 f 、密钥 k 和指定的初态 0 完全确定。此后，由于输入加密 器的明文可能影响加密器中内部记忆元件的存储 状态，因而 i (i 0) 可能依赖于 k, 0 , x0 , x1, , xi1 等 参数。
同步流密码
根据加密器中记忆元件的存储状态 i 是否依赖于输入的明文字 符，流密码可进一步分成同步和自同步两种。
i 独立于明文字符的叫做同步流密码，否则叫做自同步流密码。 由于自同步流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流密码的。
在同步流密码中，由于密钥流 zi f (k,i ) 与明文字符无关，因而 此时密文字符 yi Ezi (xi ) 也不依赖于此前的明文字符。因此，可将 同步流密码的加密器分成密钥流产生器和加密变换器两个部分。
ak ak1 ak2 ak3 ak4 (k 4)
和给定的初始状态求出，设初始状态为 0001，则输出序列 为 000110001100011…，周期为 5，不是 m 序列。
定义 2：若 n 次不可约多项式 p(x) 的周期为 2n 1，则称 p(x) 是 n 次本原多项式。
一般地，序列密码中对密钥流有如下要求（接近随机序列）： 极大的周期：按任何算法产生的序列都是周期的 良好的统计特性：均匀的游程分布，更好地掩盖明文 高线性复杂度：不能从一小段密钥推知整个密钥序列。 用统计方法由密钥序列ki提取密钥生成器结构或密钥源的足够 信息在计算上是不可能的。
只要选择合适的反馈函数便可使序列的周期达到最大值 2n 1，周期达到最大器的一元多项式表示
设 n 级 LFSR 的输出序列满足递推关系
流密码与分组密码
流密码和分组密码按照密钥的特征不同，密码体制分为对称密码体制和非对称密码体制。
按照对明文消息加密方式的不同，密码体制分为流密码（Stream Cipher ）和分组密码（Block Cipher ）[1]。
非对称密码体制均为分组密码[2]。
1 流密码流密码也称为序列密码。
在流密码中，明文以序列的方式表示，称为明文流。
在对明文流进行加密时，先由种子密钥生成一个密钥流。
然后，利用加密算法把明文流和密钥流加密，产生密文流。
流密码每次只对明文中的单个bit 位进行加密变换，加密过程所需的密钥流由种子密钥通过密钥流生成器产生。
流密码的主要原理是通过随机数发生器产生性能优良的伪随机序列（密钥流），使用该序列加密明文流（逐bit 位加密），得到密文流。
由于每一个明文都对应一个随机的加密密钥，因此流密码在理论上属于无条件安全的密码体制（一次一密密码）[3]。
流密码的基本加密过程，如图1所示。
图1 流密码的加密过程设明文流为：12i m m m m = ，密钥流由密钥流发生器f 产生：(,)i i z f k σ=，这里i σ是加密器中的存储器在时刻i 的状态，f 是由种子密钥k 和i σ产生的函数。
设最终得到的密钥流为：12i k k k k = ，加密结果为：121212()()()i i k k k i c c c c E m E m E m == ，解密结果为：121212()()()i k k k i i m D c D c D c m m m == 。
用流密码进行保密通信的模型，如图2所示：图2 流密码保密通信图2 分组密码分组密码也称为块密码。
当加密一条长消息（明文）时，首先，将明文编码表示为二进制序列；然后，将其分成若干个固定长度的组（最后一组长度不够时还得进行填充，如补0）；最后，再对逐个分组依次进行加密操作。
分组长短决定着密码的强度。
从算法的安全性考虑，分组长度不能太短，应该保证加密算法能够应付密码分析；从实用性考虑，分组长度又不能太长，要便于操作和运算。
第2章流密码
第二章 流密码1. 3级线性反馈移位寄存器在31c =时可有4种线性反馈函数，设其初始状态为()()123,,1,0,1a a a =，求各线性反馈函数的输出序列及周期。
解：设3级线性反馈特征多项式为()231231p x c x c x c x =+++，若31c =则12,c c 共有224=种可能，对应初态()()123,,1,0,1a a a =。
4种线性反馈函数分别记为：()311p x x =+ 输出序列101101101a = ，周期3p =()321p x x x =++ 是不可约多项式，输出序列1010011101a = ， 周期7p =是m 序列()2331p x x x =++ 是不可约多项式，输出序列1011100101a = ，周期7p = 是m 序列()2341p x x x x =+++ 输出序列101010a = ，周期2p =2．设n 级线性反馈移位寄存器的特征多项式为()p x ，初始状态为()()121,,,,0001n n a a a a -= ，证明输出序列的周期等于()p x 的阶。
解：()p x 的阶定义为 ()|1p p x x -的最小的p 。
因为初始状态不为零，设r 为序列的最小周期。
又因为()|1p p x x -，所以必存在()q x ，使得()()1p x p x q x -=。
又因为()()()p x A x x φ=,则()()()()()p x q x A x x q x φ=⇒()()()()1p x A x x q x φ-=而()q x 的次数为p n -，()x φ的次数不超过1n -，()()1p x A x -的次数不超过()()11p n n p -+-=-。
所以i ∀，i 是正整数，都有i p i a a +=。
设p kr t =+，0i p i kr t i t i a a a a t ++++===⇒=，|r p ⇒。
流密码介绍
John von Neumann
随机数应用 随机性要求
➢ 均匀Uniform distribution ➢ 独立Independence 不可预测Unpredictability
定理4.2.1：设n 是任意一个正整数，那么F2 上的任意n 级LFSR 产生
的序列a都是终归周期的，且最小周期p a 2n 1
证明：对n级LFSR，第j个状态记为 a j (a j , a j1,..., a jn1)
（1）若 a j (0, 0,..., 0) 以后状态全是零状态，终归周期为1
LFSR是唯一的。
3当lN N 2，迭代至2lN步已有 f2lN x ,l2lN fN x,lN 。
B-M算法
设s为一个具有线性复杂度L的有限二元序列，t是s 的一个长度至少为2L的有限子序列，那么B－M算 法在t作为输入时，将确定出一个可以生成s且长度 为L的LFSR。
m－序列生成器适宜用在密钥流生成器的驱动部分 ，不能单独作为密钥源
流密码
流密码的基本概念及分类 Golomb随机性假设 线性反馈移位寄存器（LFSR） B-M算法 构造流密码的几种方法
流密码
基本思想
产生密钥流z z1z2 ，根据下述规则来加密
明文串x x1x2 ，得到密文：y y1 y2 Ez1 x Ez2 x
分类
➢ 同步流密码
发送端与接收端有相同的密钥与内部状态 状态更新与明文无关
伪随机数生成器设计
几种基于公钥密码的伪随机数生成器
第3-4讲 流密码概述
序列：按状态图的状态转移关系，依次取出各状 态相同位置的一个分量，即得序列：01111010110 0100„„
结论：产生一个周期为15的序列及一个全零序列。
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 2 r 1 ，称为m序列。
1、逻辑框图表示
1
2
3
4
含有4个二元存储器，2，3，4级的开关是连 通的，参与反馈。
2、线性递推式表示
一个r级线性移存器的线性递推式表示为：
an1 c1an c2an1 cn a1
含义：表示序列中第n+1个信号与其前n个信号 的线性制约关系。
an an-1 an-2 an-3 an-4
3、反馈多项式表示 一个r级线性移存器的反馈多项式表示为：
f ( x) cr x r cr 1 x r 1 c1 x 1
x1
x2
x3
x4
f ( x) x 4 x3 x 2 1
用反馈多项式(特征多项式)表示，可利用有限 域的理论深入细致的考查移存器序列的特性。
反馈多项式的含义
（1）若 f ( x), g ( x) A(a) ，则 f ( x) g ( x) A(a), ( f g )
（2）若 f ( x) A(a), g ( x) F[ x] ，则 f ( x) g ( x) A(a)
但给定一个序列a，能产生序列a的多项 式有很多
给定反馈多项式f(x)后，f(x)产生的序列A就完
状态图：为了从直观上描述反馈移存器的状 态转移情况，可以使用一些方框及联接这些方框 的箭头组成的图形，在数学上，把表示反馈移存 器功能的图形称为状态转移图。 在状态图中，从任意状态出发，依次取出各 状态相同位置的分量，即得到输出序列。 3级线性移位寄存器产生序列为：0111010…… 和一个全零序列。
密码学课件3(流密码)
1 0 1 1 1 0
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2.10所示。
流密码与分组密码的比较：
流密码的特点： 优点：处理速度快，实时性能好，错误传播小 缺点：明文扩散性差，密钥须同步 分组密码的特点：
优点：明文扩散性好，不需密钥同步
缺点：加密速度慢，错误易扩散和传播
图2.1 分组密码和流密码的比较
图2.1 分组密码和流密码的比较
2.1.1 同步流密码
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，流密码可进一步分成同步和自同步两种。σi独立于明文 字符的叫做同步流密码，否则叫做自同步流密码。由于自同 步流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流密码的。在同 步流密码中，由于zi=f(k,σi)与明文字符无关，因而此时密文字 符yi=Ezi(xi)也不依赖于此前的明文字符。因此，可将同步流密 码的加密器分成密钥流产生器和加密变换器两个部分。如果 与上述加密变换对应的解密变换为xi=Dzi(yi)，则可给出同步 流密码体制的模型如图2.2所示。
1
从而得到
0 1 c5 c4 c3 c2 c1 0 1 0 0 0 0 0 1
1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 11 0 11 0
古典密码和流密码的原理及应用
古典密码和流密码的原理及应用古典密码和流密码是两种常见的加密算法，它们在信息安全领域有着重要的应用。
本文将介绍古典密码和流密码的原理和应用，并分析它们在实际生活中的作用。
一、古典密码的原理及应用古典密码是一种利用简单的数学运算来进行加密和解密的方法。
它包括凯撒密码、简单替换密码、置换密码等多种形式。
1. 凯撒密码凯撒密码是古典密码中最经典的一种，它是一种简单的替换密码。
其原理是将明文中的每一个字母按照一个固定的位移量进行替换，加密和解密时使用相同的位移量即可。
凯撒密码的加密过程可以通过下面的公式表示：C = (P + K) mod 26C为密文，P为明文，K为位移量，mod 26表示结果取余26。
凯撒密码的应用场景比较特殊，由于其简单的原理，一般仅用于简单的信息加密，比如个人通信的加密。
2. 简单替换密码简单替换密码的加密过程比较简单，只需要按照替换规则将每个字母替换为对应的密码字母即可。
简单替换密码的应用场景比较广泛，可以用于文本加密、通信加密等方面。
置换密码是一种将明文中的字母按照一定的规则进行重新排列，以此来达到加密的目的。
置换规则可以是按照行列进行重新排列，也可以是按照其他复杂的规则进行排列。
置换密码的加密过程需要根据具体的规则进行排列，因此相对于凯撒密码和简单替换密码来说，置换密码的加密过程更加复杂，也更加安全。
古典密码的原理比较简单，而且加密的过程也容易理解和实现。
但是由于采用的是固定的加密规则，导致古典密码的安全性相对较低。
在当今信息安全领域，古典密码很少被使用，因为它们无法提供足够的安全性来保护敏感信息。
流密码是一种利用密钥和伪随机数产生器来对明文进行加密的方法。
它也被称为序列密码，其加密过程是将明文和密钥进行异或运算，从而生成密文。
流密码的加密过程可以通过下面的公式表示：C_i = P_i ⊕ K_iC_i为第i个密文，P_i为第i个明文，K_i为第i个密钥，⊕表示异或运算。
流密码的应用场景比较多样，可以用于无线通信、数据传输等需要实时加密的场合。
古典密码和流密码的原理及应用
古典密码和流密码的原理及应用古典密码和流密码是密码学中常见的两种加密算法，它们都有各自的原理和应用。
在本文中，我们将从古典密码和流密码的基本原理、特点和应用进行介绍。
一、古典密码的原理及应用1. 古典密码的原理古典密码是指使用传统的加密技术来实现信息加密的方法，其基本原理是通过替换或置换明文中的信息来隐藏其真实含义。
古典密码包括凯撒密码、埃尼格玛密码等。
以凯撒密码为例，其原理是将明文按照一定的位移量进行移位，然后将移位后的字母作为密文输出。
比如将A替换成D，B替换成E，以此类推。
这样即使密文被截获，也需要知道移位的位移量才能还原出明文。
2. 古典密码的应用古典密码多用于古代的军事和外交领域，用来保护国家机密以及军事指令等重要信息。
近年来，古典密码也被一些爱好者用来进行通信加密等娱乐用途。
1. 流密码的原理流密码是一种利用伪随机数发生器生成密钥流，再用该密钥流与明文进行“异或”运算得到密文的加密方法。
其本质是一种通过伪随机数对明文进行混淆的加密技术。
对于流密码，其加密过程即将明文按位与密钥流进行异或操作，得到密文。
解密时同样将密文按位与密钥流进行异或操作，即可得到原来的明文。
2. 流密码的应用流密码广泛应用于现代通信领域，特别是在无线通信和互联网通信中。
流密码因为其运算速度快、加密强度高和可扩展性强，在实际应用中得到了广泛的应用。
三、古典密码和流密码的特点比较1. 安全性古典密码由于使用的密钥空间较小，容易被暴力破解攻击。
而流密码使用的密钥流是一个伪随机数列，其安全性相对较高，因此在加密强度上有着明显的优势。
2. 速度古典密码的加密和解密速度通常较快，特别是对于简单的置换密码。
流密码的加密和解密速度也不慢，因为其基于异或操作，计算速度也相对较快。
3. 可拓展性古典密码在使用新的密钥时需要重新构造密码表，而流密码在生成新的密钥流时只需要改变密钥生成算法的种子即可，因此在可扩展性上流密码拥有更大的优势。
古典密码和流密码的原理及应用
古典密码和流密码的原理及应用1. 引言1.1 古典密码和流密码的概念定义古典密码和流密码是密码学中两种重要的加密技术。
古典密码是一种根据特定规则对明文进行替换或移位加密的方法，常见的古典密码包括凯撒密码、维吉尼亚密码等。
流密码则是一种通过生成伪随机密钥流对明文进行加密的方法，相较于古典密码更加安全和高效。
古典密码和流密码在信息安全领域扮演着不可或缺的角色。
古典密码的加密原理简单直接，易于理解和实现，被广泛运用于历史上的通信保密中。
流密码则更适合于现代网络通信的加密保护，其高强度和高速性能满足了当今信息传输的安全需求。
通过对古典密码和流密码的深入理解和应用，我们能够更好地保护个人隐私和企业机密，确保信息传输过程的安全性和私密性。
古典密码和流密码的概念定义及其在加密通信中的重要性，将在下文中详细探讨和阐述。
1.2 古典密码和流密码的重要性古典密码和流密码在信息安全领域中扮演着至关重要的角色。
古典密码作为最早的密码形式之一，其原理和应用影响了后续密码学的发展。
通过对明文进行替换、置换或加密等操作，古典密码可以有效保护敏感信息的安全性，防止未经授权的访问和窃取。
在古代，古典密码曾被用于军事、外交和商业领域，起到了至关重要的保密作用。
而流密码则是一种更加现代化和复杂的密码形式，其原理在信息传输中起着重要作用。
流密码以流式加密和解密为基础，可以实现更高级别的加密算法和更加安全的信息传输。
在当今信息化时代，随着互联网的普及和数据传输量的增加，流密码的应用变得愈加广泛。
古典密码和流密码的重要性体现在它们可以帮助保护个人隐私、商业机密和国家安全。
在信息安全风险不断增加的背景下，加强对密码学原理和技术的研究和应用，对于确保信息的保密性和完整性至关重要。
古典密码和流密码不仅仅是传统密码学的重要组成部分，更是信息安全领域中不可或缺的重要工具。
对于个人、企业和政府机构而言，了解和应用古典密码和流密码是确保信息安全的必由之路。
流密码
线性反馈移位寄存器简图
f (ai, ai+1, …ai+n-1)
ai+n-1 xn
ai+n-2 xn-1
ai+1 x2
ai ai-1.,…,a1 x1
线性反馈移位寄存器
f(x)为线性函数，输出序列满足下式
0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1
1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1
问题
• n=4的LFSR，输出序列满足ki-4＋ki-1 ＋ ki =0，初始状态为0001。 • 不同时刻的状态及最终输出序列是怎样？
m序列
• 周期为2n－1的LFSR序列称为m序列。
流密码的基本概念
• 消息流：m=m1m2…mi，其中miM。 • 密文流： • 密钥流：{ki}，i0。
c=c1c2…ci=Ek1(m1)Ek2(m2)… Eki(mi)，ciC。 一个完全随机的非周期序列，可以实现一 次一密体制。但需要无限存储单元和复杂 的输出逻辑函数f。 加法流密码： ci=Eki(mi)=mi ki
多路选择序列
可供选择的输入
…
地 a0 (t ) 址 a1 (t ) 控 制 am 1 (t )
b0 (t )b (t )bn 1 (t ) 1
多路选择器 多路选择密码
Geffe生成器
• Geffe序列生成器由3个LFSR组成，其中 LFSR2作为控制生成器使用，如下图所示。
i 1
多项式的周期
• 多项式f(x)的周期p为使f(x)除尽xn-1的最 小整数n的取值。
简述流密码
简述流密码
流密码（Stream Cipher）是一种加密算法，是对称加密的一种形式。
它是通过一次一个比特地将明文转换为密文的方式来进行加密。
与分组密码不同，流密码不需要将明文分成固定长度的块，而是逐比特地加密数据。
流密码通过生成一系列称为“密钥流”（keystream）的伪随机比特序列来完成加密和解密过程。
这个密钥流与明文内容进行“异或”操作，从而生成密文。
与分组密码相比，流密码具有以下优势：
1. 快速：由于逐比特进行，流密码算法通常比分组密码快得多。
2. 可实时性：适用于实时传输或通信场景，可以立即对数据进行加密和解密。
3. 灵活性：流密码可以加密任意长度的数据，不需要将明文分割成固定大小的块。
然而，流密码也存在一些限制和安全性方面的考虑：
1. 依赖于随机性：密钥流必须具备足够的随机性，否则可能会出现重放攻击等安全问题。
2. 安全强度：密钥流生成算法必须足够复杂和安全，以抵御各种攻击手段，如线性和差分密码分析等。
需要注意的是，流密码的安全性不仅取决于算法本身，还取决于密钥管理和实施的安全措施。
为了保证流密码的安全性，关键是选择安全的密钥生成算法、使用足够长且随机的密钥以及采取适当的密钥管理措施。
古典密码和流密码的原理及应用
古典密码和流密码的原理及应用1. 引言1.1 古典密码和流密码的原理及应用古典密码和流密码是密码学领域中两种基本的密码体制。
古典密码是一种基于替换或移位的加密方法，其原理是通过替换明文中的字母或移动字母的位置来生成密文。
流密码则是一种基于流的加密方法，其原理是通过不断产生伪随机密钥流并与明文进行异或运算来生成密文。
古典密码的应用可以追溯到古代，如凯撒密码和维吉尼亚密码等。
这些密码体制在军事情报传递和个人通信中起到了重要作用。
而流密码则在现代密码学中得到了广泛应用，例如在无线通信、网络安全和数据加密领域。
古典密码和流密码在现代密码学中都扮演着重要的角色。
古典密码虽然在安全性上存在较大的局限性，但对于理解密码学的基本原理和历史发展仍具有重要意义。
而流密码则由于其高效性和安全性，被广泛应用于现代通信系统和加密协议中。
古典密码和流密码都是密码学中不可或缺的一部分，它们各自的原理和应用为我们提供了深入了解密码学的基础，并在现代密码学中扮演着重要的角色。
在不断发展和完善的密码学领域中，古典密码和流密码仍然具有不可替代的地位。
2. 正文2.1 古典密码的原理古典密码是指使用固定密钥对明文进行加密的一种密码方法，其原理主要包括替换密码和移位密码两种基本形式。
替换密码是通过将明文中的每个字母替换为密钥字母表中对应的字母来加密信息，而移位密码则是通过将明文中的每个字母向后或向前移动固定的位置来实现加密。
这些方法都可以通过简单的数学运算来实现，但由于其固定密钥的特性，容易受到破解攻击。
古典密码的应用主要体现在历史上的军事通信领域，比如凯撒密码就是一种简单的移位密码，被用于古罗马军队的通信中。
古典密码的安全性很差，容易被破解，因此在现代密码学中已经被淘汰。
古典密码的原理虽然简单，但在密码学发展的历程中扮演了重要的角色，为后来更加复杂的密码算法奠定了基础。
通过研究古典密码的原理，人们也更深入地理解了密码学的发展轨迹和演变过程，对于现代密码学的发展具有积极的意义。
流密码详解
mi
zi E(zi,mi) ci
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2.1 流密码一般模型
自同步流密码(SSSC: self-synchronous stream cipher) 产生密钥序列的算法与以前的密文有关.
i F ( i 1 , ci 1 ,..., ci l , k ) F ( i 1 , mi 1 ,..., mi l , k ) zi f ( i , k ),
a=0101110, Ta =1011100…,
Ra,a(1)=(-1)0+1+(-1)1+0+(-1)0+1 +(-1)1+1 +(-1)1+1 +(-1)1+0 +(1)0+0=-1,
a=0101110, T2a =0111001…,
Ra,a(2)=(-1)0+0+(-1)1+1+(-1)0+1 +(-1)1+1 +(-1)1+0 +(-1)1+0 +(- 18
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伪随机序列
反馈移位寄存器(FSR: Feedback Shift Register)
n个寄存器: 从右至左依次称为第1,2,…,n 级 反馈函数 f(x0, x1,…,xn-1): GF(2)nGF(2). 工作原理: 当一个时钟脉冲来到时, 第i 级寄存器的内容传 送给第i-1级寄存器(i=2,3,…,n),第1 级寄存器的内容为反馈 移位寄存器的输出. 反馈函数 f(x0, x1,…,xn-1)的值传送给第 n级寄存器. an1 a0 1 称为反馈移位寄存器序 FSR的输出序列 : a0, a1… ,a2,…,ana ,… 列(FSR序列).
ctf流密码题目解析
ctf流密码题目解析
CTF (Capture the Flag)流密码题目解析
CTF（Capture the Flag）流密码指的是一类计算机网络游戏和竞赛，其中玩家被要求解决一系列挑战来收集标志，并最终拿到胜利来获取特定额外奖励。
在CTF游戏中，经常会出现流密码题目，而且流密码出现的频率非常之高。
其实，在这种游戏当中，流密码是一种基本的加密技术。
做流密码题目的步骤一般如下：
1.首先，分析流密码题目给的提示信息，明确密码中的字符数和密码的类型；
2.考虑密码的生成方式，例如，可以用类似暴力攻击的方式，枚举出所有可能的字符组合来尝试；
3.根据密码的字符数和类型，推测出可能的字符顺序；
4.搭配可能的字符顺序，以及前置的信息提示，尝试根据不同的字符顺序来解密；
5.最后，根据其密码类型，用对应的解密方式将得到的密码解码，获得最终的输出结果。
此外，还可以根据CTF游戏中的密码形式，来利用网上流行的密码搜索引擎，尝试破解流密码，以获得更快的解决方案。
不过，一般来说，当流密码出现在CTF游戏当中，很可能会是一个很难破解的密码，因此，一般会采取一些变换的办法来破解该密码，以获得最快的解答，而不是直接使用网上的密码搜索引擎。
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2.2 线性反馈移位寄存器序列
伪随机序列
序列的游程
定义2.2 设a= (a0, a1,…,ai,ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ)是一个周期为N的二元序列， 在一个周期内连续出现的最多的符号“0”（或1）的串， 称为0（或1）的一个游程。在一个游程中，0（或1）的 个数称为该游程的长度。（讨论：该定义有否歧义？）
例: 在序列 k={ki}=001110100000111100中, 有 长为1的0游程一个; 长为4的0游程一个; 长为5 的0游程一个; 长为1的1游程一个; 长为3的1游 程一个; 长为4的1游程一个.
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课堂讨论：
加密函数和解密函数都用异或运算，行不行？
什么样的加解密算法是高效、安全的？Why？ 实用的流密码方案中，加解密算法是什么？
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2.1 流密码一般模型
流密码原理框图
k 安全信道 k
密钥流 生成器
密钥流 生成器
zi mi E ( zi , m i ) ci 信道 ci
zi D(zi,ci) mi
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2.1 流密码一般模型
流密码体制的安全性 当流钥序列是具有均匀分布的离散无记 忆随机序列时, 在理论上是不可破译的. 实用的困难性
真正的具有均匀分布的随机序列是不可能重 复产生的. 密钥序列长(至少与明文序列一样长), 其管理 (存储、分配)难.
设计流密码体制的关键问题 设计产生密钥序列的方法.
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2.2 线性反馈移位寄存器序列
伪随机序列
序列的相关函数
定义2.3 设a=(a0,a1,…,aN1)和b=(b0,b1,…,bN1)是两个 周期为N的二元周期序列，其相关函数定义为
Ra ,b ( ) (1) ai bi , N N
i 0 N 1
k : 种子(初始)密钥 F : 状态转移函数 f : 密钥流生成函数
mi
zi E(zi,mi) ci
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2.1 流密码一般模型
自同步流密码(SSSC: self-synchronous stream cipher) 产生密钥序列的算法与以前的密文有关.
i F ( i 1 , ci 1 ,..., ci l , k ) F ( i 1 , mi 1 ,..., mi l , k ) zi f ( i , k ),
问：SSSC是如何自同步的？请email回应。
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2.1 流密码一般模型
二元加法序列密码 明文序列: m= m1 m2 m3 …; 密钥序列: z= z1 z2 z3 …; 密文序列: c= c1 c2 c3 …; 加密变换: ci=zimi (i=1,2,3,…); 解密变换: mi=zici (i=1,2,3,…).
第2章 流密码
李向东 中原工学院计算机学院 124197985@ 2011.9-2012.1
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第2章 流密码
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
流密码一般模型 线性反馈移位寄存器序列 线性复杂度及B-M算法 非线性序列生成器 流密码算法
2
2.1 流密码一般模型
实用密码体制的分类
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2.1 流密码一般模型
序列密码的分类
同步流密码(SSC: synchronous stream cipher)
产生密钥序列的算法与明文、密文无关.
自同步流密码(SSSC: self-synchronous stream cipher)
产生密钥序列的算法与以前的密文有关.
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2.1 流密码一般模型
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2.1 流密码一般模型
同步流密码(SSC: synchronous stream cipher) 产生密钥序列的算法与明文、密文无关.
i F ( i 1 , k ), zi f ( i , k ),
ci E ( zi , mi ).
k
密钥流生成器
i : 密钥流生成器的内部状态 0 : 密钥流生成器的初始状态
同步流密码(SSC: synchronous stream cipher)
只要通信双方的密钥序列产生器具有相同的“种 子序列”和相同的“初始状态”,就能产生相同的 密钥序列. 通信双方必须保持精确同步,才能正确解密. 容易检测插入、删除、重播等主动攻击. 没有差错传播.
讨论：如何对SSC的这种“同步”性质进行 形式化描述？
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第2章 流密码
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
流密码一般模型 线性反馈移位寄存器序列 线性复杂度及B-M算法 非线性序列生成器 流密码算法
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2.2 线性反馈移位寄存器序列
伪随机序列 考虑二元序列: a={ai}=a0a1a2a3 ….
周期序列
定义2.1 设a= (a0, a1,…,ai,…)是一个二元序列，若 存在正整数N和非负整数m，使得ai+N=ai对于任意i m成立，则称二元序列a是终归周期序列。如果 m=0，则称序列a是严格周期序列，简称周期序列。 而满足ai+N＝ai (i m)的最小正整数N被称为序列a 的周期。
流密码 私钥密码 分组密码 密码体制 基于大数分解困难问题 公钥密码 基于离散对数困难问题 ......
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2.1 流密码一般模型
流密码( stream cipher)(序列密码)体制模 型 明文序列: m= m1 m2 m3 …; 密钥序列: z=z1 z2 z3 …; 密文序列: c= c1c2 c3 …; 加密变换: ci=E(zi,mi) (i=1,2,3,…); 解密变换: mi=D(zi, ci) (i=1,2,3,…).
ci E ( zi , mi ). F : 状态转移函数 f : 密钥流生成函数
k
密钥流生成器
zi mi E(zi,mi) ci
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2.1 流密码一般模型
自同步流密码(SSSC)
密钥流生成器是一种有记忆变换器 密钥流与明文符号有关： i 时刻的密文不仅取决于i 时刻的明文，而且与i 时刻 之前的l个明文符号有关 具有有限的差错传播 具有自同步能力 把明文每个字符扩散在密文多个字符中,强化了抗统 计分析的能力