SMS4算法的白盒密码算法设计与实现

发布时间：2017-07-30 17:30

  本文关键词：SMS4算法的白盒密码算法设计与实现

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【摘要】：近年来,随着密码攻击方式的发展,传统的黑盒密码攻击模型显得越来越脆弱。不同于传统的密码攻击模型,白盒攻击模型赋予了攻击者更多的能力,在白盒攻击环境下,攻击者对密码算法的运行拥有完全的控制权,并且能够观察及更改软件运行时的数据。能够抵抗白盒攻击的密码算法称为白盒密码。设计白盒密码的目的是为了在白盒攻击环境中,对密钥信息进行隐藏,有效地防止攻击者在白盒攻击环境中获得密钥信息。因此,设计安全高效的白盒密码算法具有非常重要的意义。SMS4算法是我国用于无线局域网产品的第一个分组密码算法,受到广泛应用。本文的研究目标是设计安全高效的白盒SMS4密码算法,并且开发出白盒SMS4算法应用软件。主要研究内容包括:(1)对白盒密码及其设计方法和安全性评估进行了系统学习和总结;分析了肖雅莹等人提出的白盒SMS4算法的设计特点;分析林婷婷等对肖-白盒SMS4算法的攻击方法以及其能够攻击成功的原因。(2)在肖-白盒SMS4算法的基础上提出两种改进算法,并对改进算法进行效率分析和安全性分析。改进算法一将肖-白盒SMS4算法中的四个查找表改为两个查找表,节省了查表次数,但增大了存储空间;从安全性方面来讲,改进算法一可以将攻击时间复杂度提高至少2倍。改进算法二简化了肖-白盒SMS4算法中的参数i jP?、i4P??和i4P??,这样在计算保存参数的过程中会减小计算的复杂度,简化参数后的白盒多样性和白盒含混度仍能满足一定的安全性;另一方面增加了外部编码,完善了白盒SMS4算法。(3)针对改进的白盒SMS4算法,完成白盒SMS4算法的软件实现,并在MFC上开发出可视化加解密应用软件;并且将白盒SMS4算法与黑盒SMS4算法进行比较,从实现效率、运行速度以及安全性等方面分别进行分析。白盒SMS4算法能够在白盒攻击环境中有效地保护密钥信息,拓宽了SMS4算法的应用领域。
【关键词】：白盒密码 白盒攻击环境 SMS4算法
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN918
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-16
• 1.1 研究背景与意义12-13
• 1.2 白盒密码研究现状13-14
• 1.3 研究目标及研究内容14
• 1.4 本文结构安排14-16
• 第二章 基础知识16-26
• 2.1 密码学相关基本概念16-18
• 2.1.1 密码体制16-17
• 2.1.2 密码攻击17-18
• 2.2 白盒密码18-23
• 2.2.1 白盒密码概述18-20
• 2.2.2 白盒密码的设计方法20-22
• 2.2.3 白盒密码安全性分析方法22-23
• 2.3 密码算法评估23-24
• 2.3.1 密码算法的安全性评估24
• 2.3.2 密码算法的实现效率评估24
• 2.4 本章小结24-26
• 第三章 白盒SMS4密码算法26-45
• 3.1 SMS4算法26-30
• 3.1.1 算法整体结构26-28
• 3.1.2 轮函数28
• 3.1.3 加/解密算法28-29
• 3.1.4 密钥扩展算法29-30
• 3.2 肖-白盒SMS4算法30-44
• 3.2.1 肖-白盒SMS4算法描述30-34
• 3.2.2 肖-白盒SMS4的实现复杂度分析34
• 3.2.3 肖-白盒SMS4的安全性分析34-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第四章 白盒SMS4算法设计45-55
• 4.1 白盒SMS4改进算法一45-49
• 4.1.1 改进算法一算法描述45-46
• 4.1.2 改进算法一实现复杂度分析46
• 4.1.3 改进算法一安全性分析46-49
• 4.2 白盒SMS4改进算法二49-53
• 4.2.1 改进算法二算法描述49-51
• 4.2.2 改进算法二的实现复杂度分析51-52
• 4.2.3 改进算法二的安全性分析52-53
• 4.3 本章小结53-55
• 第五章 白盒SMS4算法的软件实现55-69
• 5.1 需求分析与整体结构55-56
• 5.1.1 需求分析55
• 5.1.2 整体结构55-56
• 5.2 算法模块设计与实现56-61
• 5.2.1 参数配置56-58
• 5.2.2 查找表实现58-60
• 5.2.3 加/解密60-61
• 5.3 白盒SMS4算法应用软件61-67
• 5.3.1 应用软件功能61-62
• 5.3.2 应用软件实例62-65
• 5.3.3 白盒SMS4与黑盒SMS4算法比较65-67
• 5.4 本章小结67-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 本文总结69-70
• 6.2 进一步研究工作70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-75
• 硕士研究生期间的研究成果75-76

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本文编号：595386