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1、1序列密碼的編碼層次序列密碼的編碼層次一、編碼層次一、編碼層次前饋邏輯、時(shí)序邏輯、篩選邏輯和控制邏輯前饋邏輯、時(shí)序邏輯、篩選邏輯和控制邏輯（一）前饋邏輯（一）前饋邏輯 主要由初始亂源發(fā)生器主要由初始亂源發(fā)生器( (線(xiàn)性或非線(xiàn)性的反線(xiàn)性或非線(xiàn)性的反饋移位寄存器等饋移位寄存器等),),抽頭的變換以及前饋函數(shù)三部抽頭的變換以及前饋函數(shù)三部分組成。分組成。2bFSR1l2lrl ( )f x1 1、初始亂源發(fā)生器、初始亂源發(fā)生器：為前饋函數(shù)f(x)提供具有良好統(tǒng)計(jì)特性的輸入序列。在應(yīng)用中,以線(xiàn)性反饋移位寄存器作為初始亂源線(xiàn)性反饋移位寄存器作為初始亂源發(fā)生器是最常見(jiàn)的發(fā)生器是最常見(jiàn)的，給一個(gè)n級(jí)本原線(xiàn)性
2、移存器注入n比特初態(tài)，便可以產(chǎn)生周期為2n-1的二元序列， “代價(jià)”是非常低的， 但低廉的代價(jià)，同時(shí)也導(dǎo)致了序列比特間“強(qiáng)烈的”線(xiàn)性制約關(guān)系, 對(duì)于n級(jí)本原移存器只需截收到2n個(gè)連續(xù)信號(hào)就可求出唯一解。因此它不能直接作為密鑰不能直接作為密鑰(亂數(shù)亂數(shù))輸出使用輸出使用。利用非線(xiàn)性前饋函數(shù)f(x)就可以“破壞”這種線(xiàn)性制約性,起到提高序列線(xiàn)性復(fù)雜度的作用。32 2、抽頭變換、抽頭變換：3 3、前饋函數(shù)、前饋函數(shù)： r r 個(gè)抽頭個(gè)抽頭l1 1, ,l2 2,lr r作為前饋函數(shù)作為前饋函數(shù)f(x)的輸入的輸入, ,它可它可以由密鑰因素來(lái)控制以由密鑰因素來(lái)控制, ,起到增加密鑰變化量的作用起到增加
3、密鑰變化量的作用, ,它它與前饋函數(shù)一起構(gòu)成一個(gè)前饋網(wǎng)絡(luò)。與前饋函數(shù)一起構(gòu)成一個(gè)前饋網(wǎng)絡(luò)。 前饋函數(shù)f(x)是一個(gè)非線(xiàn)性布爾函數(shù)或多輸出的非線(xiàn)性布非線(xiàn)性布爾函數(shù)或多輸出的非線(xiàn)性布爾函數(shù)爾函數(shù) ，它一方面“破壞”輸入序列連續(xù)比特的線(xiàn)性制約關(guān)系,即提高輸入序列的線(xiàn)性復(fù)雜度；另一方面, f(x)又不能破壞輸入序列良好的偽隨機(jī)特性，同時(shí)還要考慮到輸入信息在輸出序列中的泄漏。 非線(xiàn)性變換應(yīng)滿(mǎn)足非線(xiàn)性變換應(yīng)滿(mǎn)足：能將能將LFSR序列的良好統(tǒng)計(jì)特性傳遞序列的良好統(tǒng)計(jì)特性傳遞給所生成的密鑰序列，使輸出序列的周期足夠大；輸出序列給所生成的密鑰序列，使輸出序列的周期足夠大；輸出序列能抗線(xiàn)性逼近，且不能泄露能抗線(xiàn)性
4、逼近，且不能泄露LFSR的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)。的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)。4（二）、時(shí)序邏輯（二）、時(shí)序邏輯 時(shí)序邏輯是一種有記憶變換，使輸出不僅與當(dāng)前時(shí)刻的輸入因素有關(guān)，而且與以前時(shí)刻的輸入和輸出因素有關(guān),從而實(shí)現(xiàn)輸入信息的縱向擴(kuò)散。1 1、累加器變換、累加器變換輸入為： ；輸出為：累加器變換定義為： ；且123 ,aa a a123 ,bb b b1iiimma,1,2,iibm i可以看出：30123bmaaa2012bmaa101bma52 2、實(shí)數(shù)和序列、實(shí)數(shù)和序列( (R.RueppelR.Rueppel于于19851985年提出年提出) )1()iiiiiiiiiizabssabab s設(shè)輸入序列為a
5、、b，定義實(shí)數(shù)和序列z如下：其中s稱(chēng)為進(jìn)位序列，假設(shè) 。10s 3333332212 11 1 2zabsaba ba a babb2222221 1zabsaba b111zab則 實(shí)數(shù)和序列實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的由低位向高位的擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的由低位向高位的擴(kuò)散，即高位不僅受當(dāng)前輸入的影響，而且受以前輸入的影響。6Macb3 3、 調(diào)換存儲(chǔ)變換調(diào)換存儲(chǔ)變換 調(diào)換存儲(chǔ)區(qū)M包含 個(gè)存儲(chǔ)單元，a是輸入序列,b是輸出序列,c是k路控制序列。2k工作過(guò)程如下: 在第i時(shí)刻，由序列c的k比特確定M中存儲(chǔ)單元的地址，從該地址中讀出的數(shù)據(jù)即為輸出,然后把a(bǔ)中相應(yīng)的值置入該存儲(chǔ)單元中。7（三）、篩選邏輯（三）、篩選邏輯 篩
6、選邏輯的作用就是破壞二元序列比特間的跟隨關(guān)系，增加算法的復(fù)雜性。自控采樣自控采樣：就是控制序列對(duì)其自身進(jìn)行采樣，當(dāng)它的某一位為1時(shí)，走兩步輸出；為0時(shí)，走一步輸出。例如：控制序列為：11111000110111010100001001.得到的輸出序列為：1 1 1 001 01 1 1 1 0001 01.8（四）、控制邏輯（四）、控制邏輯 作用：控制算法中的各個(gè)編碼環(huán)節(jié)，例如控制源移存器的不等距采樣、抽頭位置的選取、前饋函數(shù)的選擇等?？刂七壿嫳旧磉€起到了增加密鑰變化量，提高算法復(fù)雜性的作用。9 模擬的序列密碼算法模擬的序列密碼算法注：注：所謂n階拉丁方陣階拉丁方陣，是一個(gè)僅含有n個(gè)不同元素的
7、方陣，且方陣的每行和每列正好包括每個(gè)元素各一次。 s線(xiàn)性移存器cLLo源移存器拉丁方Mgcicmcmcabb前饋函數(shù)前饋函數(shù)f(x)調(diào)換存儲(chǔ)調(diào)換存儲(chǔ)控制移存器控制移存器抽頭抽頭10 線(xiàn)性移位寄存器線(xiàn)性移位寄存器L-c是控制移存器是控制移存器，抽頭抽頭c-g控制源移存器控制源移存器L-o的動(dòng)作的動(dòng)作，如c-g為0時(shí)，L-o走一步輸出；為1時(shí)走兩步輸出。抽抽頭頭c-i控制從源移存器的抽頭控制從源移存器的抽頭,即前饋函數(shù)f(x)的輸入，如c-i為0時(shí)取L-o的第1,3,5,7,.位置上的抽頭；為1時(shí)取L-o的第2,4,6,8,.位置上的抽頭。 a為前饋函數(shù)f(x)的輸出序列(若干路)，它與L-c的輸
8、出序列c-m(若干路)通過(guò)拉丁方變換得到序列c-m ，以它作為調(diào)換存儲(chǔ)M的地址序列。b序列即為最后的輸出序列(密鑰序列)。 上圖中，從線(xiàn)性控制移存器L-c抽出的各抽頭序列，起到了控制作用，屬于控制邏輯；源移存器L-o、抽頭s以及前饋函數(shù)f(x)構(gòu)成前饋邏輯；調(diào)換存儲(chǔ)M起到了打亂序列時(shí)序的作用，屬于時(shí)序邏輯；從L-c抽出的抽頭c-g控制源移存器L-o的動(dòng)作，對(duì)其產(chǎn)生的序列進(jìn)行不等距采樣，屬于篩選邏輯。11191817141( )1fxxxxx22212( )1fxxx23222183( )1fxxxxx1754( )1fxxx121314LFSR1LFSR2LFSR3鐘控b191817141( )1f xxxxx22212( )1fxxx23222183( )1fxxxxx151617vP1216.1，6.2，6.6v作業(yè)文檔中的題目18
【安全課件】第18講--序列密碼的編碼層次
