分组密码的加密认证工作模式研究

论文摘要

分组密码速度快、易于标准化和便于软硬件实现等特点,使得它在计算机通信和信息安全领域有着最广泛的应用。分组密码工作模式的研究始终伴随着分组密码的发展。1.论文讨论了分组密码三种工作模式:加密模式、认证模式和加密认证模式。总结了分组密码的发展历史和研究状况,并描述了三种模式及其安全性定义。同时对现有几种方案作了简要介绍。2.分组密码作为伪随机函数时,容易遭受生日攻击。为了抵抗生日攻击,可以从伪随机置换（PRP）构造安全的伪随机函数（PRF）,从而得到超出生日界安全的分组密码工作模式。我们提出了一个分组密码工作模式ECTR（Extended CTR）方案,比M.Bellare所提的方案的效率高,比T.Iwata提出CENC方案的安全性高。3.当消息在网络传输中要保证完整性和真实性时,可能会带有关联数据,它和密文一起传输而且要共同得到验证,即带关联数据的加密认证（AEAD）问题。结合超出生日界安全的加密方案,可以构造超出生日界安全的带有关联数据的加密认证（AEAD）方案。首先回顾了方案CHM（CENC with Hash-based MAC）,然后结合CENC和多线性域的哈希函数族MFH（Multilinear Field Hash family of function）构造了一个新的并行CHM方案PCHM（Parallel CHM）,而且证明了PCHM的安全性,并且它仍然是超出生日界的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 分组密码的发展历史和研究状况
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 论文的章节安排
• 2 预备知识
• 2.1 基本符号
• 2.2 基本概念
• 2.2.1 分组密码
• 2.2.2 伪随机函数
• 2.2.3 生日攻击
• 2.2.4 伪随机置换和伪随机函数
• 2.2.5 泛哈希函数
• 2.2.6 Gray码
• 2.2.7 消息认证码MAC
• 2.3 攻击模型
• 2.4 所用数学知识
• 2.4.1 不等式
• 2.4.2 有限域理论
• 2.5 本章小结
• 3 分组密码加密认证模式及其安全性
• 3.1 对称加密方案的保密安全性
• 3.3.1 无状态的对称加密方案的保密安全性
• 3.3.2 有状态的对称加密方案的保密安全性
• 3.2 认证模式安全性
• 3.3 带有关联数据的加密认证方案安全性
• 3.4 本章小结
• 4 加密模式
• 4.1 基本加密模式
• 4.1.1 ECB模式
• 4.1.2 CBC模式
• 4.1.3 OFB模式
• 4.1.4 CFB模式
• 4.1.5 CTR模式
• 4.2 超出生日界安全的分组密码加密模式
• 4.2.1 Data-dependent re-keying方案
• 4.2.2 Sum方案
• 4.2.3 CENC模式
• 4.2.4 ECTR模式
• 4.3 本章小结
• 5 认证模式
• 5.1 方案
• 5.1.1 CBC-MAC
• 5.1.2 RMAC
• 5.1.3 XOR-MAC
• 5.1.4 PMAC
• 5.2 本章小结
• 6 加密认证模式
• 6.1 加密认证模式
• 6.1.1 IACBC
• 6.1.2 IAPM
• 6.1.3 OCB
• 6.2 带有关联数据的加密认证模式
• 6.2.1 CCM
• 6.2.2 GCM
• 6.3 超出生日界安全带有附加数据的加密认证方案
• 6.3.1 CHM模式
• 6.3.2 PCHM
• 6.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录1
• 附录2