第1篇 分组密码算法第1章 绪论11.1 分组密码的研究背景 1

1.2 分组密码的研究现状 2

1.3 分组密码的数学模型 6

1.4 全书结构 7

第2章 分组密码算法介绍82.1 数据加密标准DES 8

2.1.1 DES的加密算法 8

2.1.2 DES的解密算法 12

2.1.3 DES的密钥扩展算法 12

2.1.4 DES的安全性分析 13

2.2 高级加密标准AES 14

2.2.1 AES的数学基础 14

2.2.2 AES的输入输出和中间状态 16

2.2.3 AES的加密算法 17

2.2.4 AES的解密算法 20

2.2.5 AES的密钥扩展算法 22

2.2.6 AES的安全性分析 22

2.3 ISO/IEC分组密码标准 24

2.3.1 TDEA 24

2.3.2 MISTY1 25

2.3.3 CAST-128 32

2.3.4 Camellia 34

2.3.5 SEED 46  2.4 NESSIE建议分组密码 48

2.4.1 SHACAL2 49

2.5 日本CRYPTREC计划 50

2.5.1 CIPHERUNICORN-E和CIPHERUNICORN-A 51

2.5.2 Hierocrypt-L1和Hierocrypt-3 52

2.5.3 SC2000 54

2.6 韩国标准ARIA 58

2.6.1 ARIA的加密算法 58

2.6.2 ARIA的解密算法 60

2.6.3 ARIA的密钥扩展算法 60

2.6.4 ARIA的安全性分析 61

2.7 行业或企业标准 61

2.7.1 IDEA 61

2.7.2 SMS4  63

2.7.3 RC6 66

2.7.4 CLEFIA 68

2.7.5 KASUMI 72

2.7.6 Skipjack 77

2.7.7 FOX 80

2.8 其他分组密码 83

2.8.1 Serpent 83

2.8.2 Twofish 85

2.8.3 MARS 87

2.8.4 SAFER++ 90

2.8.5 注记 92

目 录第2篇 分组密码分析方法第3章 朴素密码分析方法953.1 引言 95

3.1.1 无条件安全性和计算安全性 95

3.1.2 攻击的分类 96

3.1.3 攻击的复杂度 96

3.2 穷尽密钥搜索攻击 97

3.3 字典攻击 97

3.4 查表攻击 97

3.5 时间存储折中攻击 97

第4章 差分密码分析方法 994.1 差分密码分析的基本原理 99

4.2 DES的差分密码分析 102

4.2.1 理论依据 102

4.2.2 3轮DES的差分密码分析 104

4.2.3 6轮DES的差分密码分析 107

4.2.4 16轮DES的差分密码分析 117

4.3 高阶差分密码分析 117

4.3.1 准备知识 117

4.3.2 Feistel型密码的高阶差分密码分析 118

4.4 截段差分密码分析 118

4.4.1 基本原理 118

4.4.2 6轮DES的截断差分密码分析 119

4.5 不可能差分密码分析 120

4.5.1 基本原理 120

4.5.2 低轮DEAL-128的不可能差分密码分析 121

4.5.3 低轮Camellia的不可能差分密码分析 122

4.5.4 低轮AES的不可能差分密码分析 125

4.6 飞来去器攻击和矩阵攻击 130

4.6.1 基本原理 130

4.6.2 12轮DES的矩阵攻击 132

第5章 线性密码分析方法 1355.1 线性密码分析的基本原理 135

5.2 DES的线性密码分析 137

5.2.1 理论依据 137

5.2.2 3轮DES的线性密码分析 139

5.2.3 5轮DES的线性密码分析 139

5.2.4 16轮DES的线性密码分析 140

5.3 多重线性密码分析 140

5.4 非线性密码分析 141

5.4.1 基本原理 141

5.4.2 5轮DES的非线性密码分析 142

5.5 划分密码分析 143

5.5.1 基本原理 143

5.5.2 迭代分组密码的划分密码分析 144

5.6 差分-线性密码分析 146

5.6.1 基本原理 146

5.6.2 8轮DES的差分-线性密码分析 147

第6章 相关密钥密码分析 1496.1 相关密钥密码分析的攻击假设 149

6.2 LOKI 89的相关密钥攻击 149

6.3 低轮AES-192的相关密钥攻击 151

6.3.1 低轮AES-192的相关密钥-矩阵攻击 151

6.3.2 低轮AES-192的相关密钥-不可能差分攻击 158

6.3.3 低轮AES-192的相关密钥-差分线性攻击 162

第7章 侧信道攻击 1687.1 计时攻击 169

7.2 能量分析 171

7.2.1 简单能量分析 172

7.2.2 差分能量分析 174

7.3 电磁分析 175

7.4 故障攻击 178

7.5 缓存攻击 180

第8章 其他分析方法 1838.1 积分密码分析 183

8.1.1 基本原理 183

8.1.2 低轮AES的Square攻击 183

8.1.3 低轮AES的积分密码分析 185

8.2 碰撞攻击 188

8.2.1 基本原理 188

8.2.2 低轮AES的碰撞攻击 189

8.2.3 低轮Camellia的碰撞攻击 192

8.2.4 低轮FOX的碰撞-积分攻击 199

8.3 代数攻击 203

8.3.1 代数攻击的基本原理 203

8.3.2 AES的多变量方程组表示 204

8.4 滑动攻击 209

8.4.1 滑动攻击的基本原理 209

8.4.2 DES的滑动攻击 209

8.5 插值攻击 213

8.5.1 插值攻击的基本原理 213

8.5.2 SHARK的插值攻击 214

8.6 相关密码攻击 216

第3篇 分组密码设计理论第9章 分组密码的设计原理和整体结构 2179.1 Shannon的保密系统理论 217

9.2 分组密码的一般设计原理 218

9.2.1 针对安全性的一般设计原则 218

9.2.2 针对实现的设计原则 219

9.3 迭代分组密码 219

9.4 分组密码的整体结构 220

9.4.1 Feistel结构 220

9.4.2 SP结构 221

9.4.3 广义Feistel结构 221

9.4.4 MISTY结构 222

9.4.5 Lai-Massey结构 222

9.5 细化的整体结构 223

第10章 分组密码基础模块的设计准则及构造方法 22510.1 S盒的设计准则及构造方法 225

10.1.1 S盒的设计准则 225

10.1.2 S盒的构造方法 229

10.2 扩散层的设计准则及构造方法 235

10.2.1 扩散层的设计准则 235

10.2.2 扩散层的构造方法 236

10.3 轮函数的设计准则及构造方法 245

10.3.1 轮函数的设计准则 245

10.3.2 轮函数的构造方法 245

10.4 密钥扩展算法的设计 246

第11章 分组密码对差分和线性密码分析的安全性评估 25011.1 几个概念 250

11.2 评估方法的分类 252

11.3 整体结构对差分和线性密码分析的理论安全性 252

11.3.1 Feistel结构 253

11.3.2 SP结构 254

11.3.3  MISTY结构 256

11.4 细化整体结构对差分和线性密码分析的实际安全性 260

11.4.1  Feistel-SP结构 260

11.4.2  Feistel-Feistel结构 260

11.4.3  SP-Feistel结构 260

11.4.4  SP-SPS结构 261

11.4.5 GFN-SP结构 261

11.5 小结 268

第12章 分组密码的可证明安全性 26912.1 引言 269

12.2 随机函数和随机置换 270

12.2.1 函数族 270

12.2.2 随机函数和随机置换 271

12.3 伪随机函数 272

12.4 伪随机置换 275

12.4.1 选择明文攻击下的伪随机置换 275

12.4.2 选择密文攻击下的伪随机置换 276

12.4.3 示例攻击 277

12.5 伪随机函数和伪随机置换 278

12.5.1 生日攻击 278

12.5.2 伪随机函数和伪随机置换的关系 279

12.6 针对密钥恢复攻击的安全性 280

12.7 针对相关密钥攻击的安全性 284

12.8 Feistel结构的伪随机性 288

第4篇 分组密码的密钥管理第13章 密钥建立协议 29713.1 引言 297

13.2 基于对称加密的密钥传输 299

13.2.1 无服务器的对称密钥传输 299

13.2.2 有服务器的对称密钥传输 301

13.3 基于对称加密的密钥协商 302

13.4 基于公钥加密的密钥传输 303

13.5 基于非对称技术的密钥协商 305

第14章 密钥管理技术 30714.1 引言 307

14.2 密钥建立模式 307

14.2.1 密钥建立模式简述 307

14.2.2 第三方的作用 309

14.3 秘密密钥分发技术 310

14.3.1 密钥分层和周期 310

14.3.2 密钥转换中心和对称密钥证书 311

14.4 公钥分发技术 312

第5篇 分组密码工作模式第15章 分组密码保密工作模式 31615.1 引言 316

15.2 典型分组密码保密工作模式 317

15.2.1 ECB 317

15.2.2 CBC 318

15.2.3 CFB 319

15.2.4 OFB 321

15.2.5 CTR 322

15.2.6 f8 324

15.3 保密存在的问题 325

15.4 选择明文攻击下的不可区分性 326

15.4.1 概念 326

15.4.2 选择明文攻击示例 328

15.5 CTR在选择明文攻击下的安全性 330

15.6 明文恢复下的安全性 335

15.7 选择密文攻击下的不可区分性 337

15.8 CBC模式的侧信道攻击 340

第16章 分组密码认证工作模式 34416.1 引言 344

16.2 消息认证码 345

16.2.1 消息认证码的定义 345

16.2.2 消息认证码的安全性 346

16.2.3 消息认证码的分类 349

16.3 典型分组密码认证工作模式 349

16.3.1 CBC-MAC 349

16.3.2 CMAC 350

16.3.3 3GPP-MAC 351

16.3.4 XOR MAC 352

16.3.5 PMAC 353

16.4 基于伪随机函数设计MAC 355

16.5 CBC-MAC的安全性 356

16.5.1 CBC-MAC的理论安全性 356

16.5.2 CBC-MAC的生日攻击 357

16.5.3 长度可变性 359

16.6 CMAC的理论安全性 362

16.7 MAC的实际安全性 366

16.7.1 CBC-MAC的实际攻击 367

16.7.2 CMAC的实际安全性 368

16.7.3 PMAC的实际安全性 369

第17章 分组密码的认证加密模式 37117.1 引言 371

17.2 合成认证加密模式 373

17.3 One-pass认证加密模式 376

17.3.1 IACBC 376

17.3.2 IAPM 378

17.3.3 OCB 379

17.3.4 AESKW 380

17.4 Two-pass认证加密模式 382

17.4.1 CCM 382

17.4.2 GCM 383

17.5 两类特殊的认证加密模式 385

17.5.1 基于Nonce的认证加密模式 385

17.5.2 带关联数据的认证加密模式 386

17.5.3 AEAD模式的设计方法 387

17.6 典型AEAD模式 389

17.6.1 EAX 389

17.6.2 CWC 390

第18章 其他分组密码工作模式 39218.1 保长加密模式 392

18.1.1 CMC 392

18.1.2 EME 393

18.1.3 ABL 394

18.1.4 XCB 394

18.1.5 HCTR 395

18.2 可调分组密码 396

18.2.1 可调分组密码的安全模型 396

18.2.2 小分组可调加密方案LRW-AES 397

18.2.3 大分组可调加密方案EME-32-AES 397

18.3 Hash模式 398

18.3.1 单倍长度构造 399

18.3.2 双倍长度构造 402

18.3.3 注记 404

第6篇 分组密码的检测与评估第19章 分组密码的统计检测 40719.1 概率统计基础 407

19.1.1 几种概率分布 407

19.1.2 假设检验 408

19.2 分组密码的检测原理 410

19.2.1 密文随机性检测 410

19.2.2 明密文独立性检测 412

19.2.3 明文扩散性检测 413

19.2.4 密钥有效性检测 413

19.3 分组密码的检测示例 413

第20章 分组密码的评估 41620.1 分组密码的评估要素 416

20.1.1 安全性 416

20.1.2 统计检测 417

20.1.3 性能 417

20.1.4 设计特点 417

20.1.5 和公开分组密码的比较 417

20.2 AES第二轮的评估 418

20.2.1 安全性 418

20.2.2 软件性能 418

20.2.3 资源受限环境 418

20.2.4 硬件性能 418

20.2.5 针对实现的攻击 419

20.2.6 加密和解密 419

20.2.7 密钥扩展算法 419

20.2.8 其他功能和适应性 419

20.2.9 并行性 419

20.3 小结 420

参考文献 421第一篇 分组密码算法