密码学I:流密码基础 - 定义及其应用

发布网友 发布时间：2024-10-24 09:36

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热心网友 时间：2024-11-09 10:35

在密码学领域，流密码作为实现数据加密的一种重要方式，其核心在于伪随机数生成器（PRG）的运用。PRG作为流密码的基础，能够将较短的密钥通过一个不可预测的函数扩展为与明文等长的伪随机密钥，从而解决了一次性密码本（OTP）的不可实现问题。然而，流密码的安全性完全取决于所使用的PRG的不可预测性。若PRG可预测，则流密码的安全性也将随之减弱。
线性反馈移位寄存器（LFSR）是一种简单的PRG，其运行原理相对直观。首先，初始化寄存器，随后按照一定规则抽取若干位进行异或操作，并将结果附加到寄存器的开头，完成一个周期内的操作。LFSR的优势在于实现简单且运算速度快，适用于硬件设计。然而，由于寄存器状态的有限性，LFSR最终会进入一个重复循环，这使得LFSR本身并不安全，基于LFSR构建的流密码系统同样缺乏安全性。尽管LFSR在硬件实现上便利，但几乎所有使用LFSR的流密码系统已被攻破。
内容扰乱系统（CSS）是一个使用了两个LFSR的简单流密码，主要用于加密DVD内容。尽管CSS易于硬件实现且在廉价设备上运行良好，但它存在安全缺陷，已被攻破。对于CSS的攻破，可以通过已知的明文头部和密文，通过一系列逻辑判断和尝试还原出LFSR的初始状态，进而解密密文。在家用计算机上，这样的攻击通常能在短时间内完成。
在分析了LFSR和基于LFSR的CSS后，我们可以得出结论，LFSR并不安全，基于其构建的流密码系统同样缺乏安全性。在下一节中，我们将探讨一个现代的流密码系统——Salsa20，以更深入地理解流密码的定义及其在现代安全领域的应用。