AES算法的设计原则与其密钥扩展算法的改进

论文摘要

AES算法的评估过程中发现的唯一可以破解该算法的方式来源于针对AES的smart card具体实现的能量分析。本文写作的目标是为了克服AES所面对的这一威胁。本文首先具体介绍了AES算法的加解密算法、密钥扩展算法及AES算法应用中可能用到的工作模式。然后,对AES算法的设计者在算法设计过程中所遵循的设计原则进行了系统的分析。紧接着,本文对针对AES算法的具体攻击方式进行了详细的描述。最后,针对AES算法所面临的威胁,提出了对算法的改进意见。改进算法1借鉴了AES另一候选算法Mars的密钥扩展算法,通过对换轮子密钥的方式减轻了各轮子密钥之间的关联性,提高了算法的安全性。为了更好的适应实用需求,本文提出了在密钥扩展算法中应用被称之为“单向性”的设计策略,并在这种策略的引导下提出了改进算法2和改进算法3。其基本思想是在密钥扩展算法中,仍然由前一轮子密钥通过变换推导出后一轮子密钥。所不同之处就只在于这种推导关系是单向且不可逆的,也就是如果对AES算法的攻击者通过能量分析获得了AES算法某一轮的全部子密钥或者某几轮中的部分子密钥,甚至是某几轮的全部子密钥都无法通过向前推导而获得用户的初始种子密钥。这样就从原理的角度为算法的实现提供了有力的支持,使攻击者无法通过简单能量分析的方法对AES算法进行破解。最后的改进算法3不但把安全性提高到2轮之后可以抵抗能量分析攻击,而且其理论运行效率与AES算法本身的密钥扩展算法相同。

论文目录

• 提要
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 信息安全的现状与密码学的应用
• 1.2 AES算法的产生背景
• 1.3 AES算法的数学基础介绍
• 1.3.1 有限域
• 1.3.2 有限域上的多项式运算
• 1.4 本文的工作
• 第2章 AES算法介绍
• 2.1 加密结构
• 2.1.1 字节代换
• 2.1.2 行移位变换
• 2.1.3 列混淆变换
• 2.1.4 轮密钥加
• 2.2 解密结构
• 2.2.1 逆字节代换
• 2.2.2 逆行移位变换
• 2.2.3 逆列混淆变换
• 2.3 密钥扩展算法
• 2.4 工作模式
• 2.4.1 电码本模式
• 2.4.2 密码分组链接模式
• 2.4.3 密文反馈模式
• 2.4.4 输出反馈模式
• 2.4.5 计数器模式
• 第3章 AES算法的设计原则
• 3.1 简单性
• 3.2 对称性
• 3.2.1 加解密过程对称
• 3.2.2 各轮变换之间对称
• 3.2.3 轮变换内部对称
• 3.2.3 对称性带来的优点
• 3.3 模块性
• 3.4 操作选择
• 第4章 已知的攻击方法
• 4.1 渗透攻击
• 4.1.1 基础知识
• 4.1.2 攻击过程
• 4.2 能量攻击
• 4.3 对威胁的分析
• 第5章 AES密钥扩展算法的改进及安全分析
• 5.1 AES密钥扩展算法的分析
• 5.2 改进算法1
• 5.3 改进算法2
• 5.4 改进算法3
• 5.5 改进算法的执行效率
• 第6章 结论
• 6.1 论文工作的总结
• 6.2 未来研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 摘要
• Abstract