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区块链中的密码学系列之对称加密算法流密码(八)
发布时间:2019-10-06
 

# 1. 前言

# 2. 流密码的基本原理

**流密码**:也称序列密码 (Stream Cipher) ,是指明文消息按**字符(如二元数字)逐位地、对应地加密**的一类密码算法。

![image-20190328162428354](https://ws3.sinaimg.cn/large/006tKfTcly1g1il51nd1aj31fe08q421.jpg)

![image-20190328162714946](https://ws2.sinaimg.cn/large/006tKfTcly1g1il7wrl47j30os06ajt5.jpg)

流密码的强度依赖于密钥序列,什么样的密钥序列是安全的?

随机,周期性大,统计特性良好。

随机数的性质:

![image-20190328163130126](https://ws2.sinaimg.cn/large/006tKfTcly1g1ilcerz4sj30ra0n0dp8.jpg)

**伪随机序列:**

流密码的密钥序列应该是变长、随机、 不可预测的。

关键技术:通信双方的精确同步。

**伪随机数生成器:**

![image-20190328163351565](https://ws3.sinaimg.cn/large/006tKfTcly1g1ilesge66j30ow0e6wib.jpg)

# 3. **密钥流生成器**

**1.伪随机数生成器(prng):**

线性同余法伪随机数发生器;

线性反馈移位寄存器。

**2.线性同余法**

要生成的伪随机数列R1,R2,R3....

R1=(A×种子+C) mod M

A、C、M是常量, A和C小于M

R2=(A×R1+C) mod M

......... Rn+1=(A×Rn+C) mod M

**3. 线性同余法伪随机数发生器**

![image-20190328164141422](https://ws2.sinaimg.cn/large/006tKfTcly1g1ilmxjfi5j30ti0dwju7.jpg)

例:A=3,C=0,M=7,种子为6

伪随机数:451326...451326

R1=4,R2=5,R3=1,R4=3,周期6 谨慎选择A、C、M的值

**4. 线性反馈移位寄存器**

易于硬件实现,速度快,典型应用:A5,GSM语音加密标准。

![image-20190328164356572](https://ws2.sinaimg.cn/large/006tKfTcly1g1ilpa97enj30r607o76r.jpg)

![image-20190328164429807](https://ws1.sinaimg.cn/large/006tKfTcly1g1ilpuk888j30v2092wik.jpg)

反馈函数f(a1,a2,...an)为n元布尔函数,自变量和因变量只能取0,1值

f(a1,a2,...an)=cna1⊕ cn-1a2⊕ ...⊕ c1an

c1,c2,...cn为反馈系数,取值0、1,表示开关断开和闭合

若当前状态Si=(ai,ai+1,...ai+n-1)

则:an+i=cnai⊕ cn-1ai+1⊕ ...⊕ c1an+i-1,i=1,2,...,移位寄存器的输入 Si+1=(ai+1,ai+2,...ai+n)

**流密码优点:**

实现简单;

加解密速度快;

没有或者有限的错误传播;

典型的应用领域包括无线通信、外交通信。