[发明专利]一种基于位片技术的动态S盒分组密码的加密及解密方法

说明书

本发明公开了一种基于位片技术的动态S盒分组密码的加密及解密方法，用于对明文数据的加密处理，包括如下步骤：获取待加密数据与初始密钥，从第一轮至倒数第二轮运算中，每一轮运算包括广义Feistel结构变换和密钥扩展运算，最后一轮包括广义Feistel结构变换。广义Feistel结构变换包括对分组的数据进行第一异或变换、加密S盒替换、F函数(F1函数和F2函数)、第二异或变换、交叉变换。密钥扩展包括依次对密钥进行密钥S盒替换、一轮广义Feistel变换、轮计数器异或，多轮迭代后，生成多个子密钥。本发明将广义Feistel结构变换与密钥扩展过程采用的S盒在引入位片技术的基础上与对应子密钥相关联，在确保S盒能在软件中快速实现的同时，S盒在整个加密流程中呈现动态的形式。此外，这种新型的动态S盒构造方法不仅提高了算法加密过程中S盒替换的实现效率，同时通过隐藏S盒的方式提高算法的安全性。

技术领域

本发明属于信息安全加密技术领域，具体涉及一种基于位片技术的动态S盒分组密码算法实现的加密及解密方法。

背景技术

现阶段信息技术的不断发展以及各国标准化的进展，对称密码在工业和商用领域得到了广泛应用，已成为构建安全信息系统的核心基础。分组密码作为对称加密的一个重要分支，在信息安全方面具有极其重要的作用，一直是研究的热点。分组密码的设计也一直遵循香农提出的“混淆”与“扩散”原则。S盒作为分组密码算法中唯一的非线性操作,对S盒的构造显得非常重要。

自差分密码分析和线性密码分析被提出之后，密码算法都采用不同的方式来抵抗这两种攻击,它们的核心思想大致可以分为两类：第一类采用最大差分传播概率和最大线性相关性概率都尽可能小的固定(密钥无关)密码结构来实现分组密码算法。在这一原则的指导下,算法要谨慎地选择特殊的S盒操作以及与其密切相关的线性混合操作。而且作为现代密码算法中唯一的非线性操作,S盒不光要有尽可能小的差分传播概率,其输入输出最大的线性相关性也必须尽可能低；而与S盒相关的线性混合层要尽快地把S盒的非线性性传播到整个分组,以实现雪崩效应。这种算法的优点是抵抗差分密码分析和线性密码分析的能力可以得到证明，但是他们要执行较多的轮数来确保安全，而且固定的密码结构也为潜在的攻击提供了可能。

另一类算法采用与密钥相关的密码结构,来增强密码算法的安全强度。如密钥相关的动态S盒。由于无论是差分密码分析还是线性密码分析,都需要对S盒的性质进行具体的分析,因此该类算法可以通过隐藏S盒的特性来抵抗线性密码分析和差分密码分析。理论上,这类算法比第一类算法的安全强度高,执行较少的轮数就可以达到安全,所以此类算法应该得到十分广泛的应用。然而,此类算法受到的重视远远不如第一类算法,这主要是由于现有的该类算法,如Khufu和Blowfish，都存在着一些安全性和实用性的问题。

位片技术由Eli Biham于1997年提出，目标是提高DES的软件实现性能。在90年代末期，此方法也被用来加速DES的密钥穷搜攻击。位片技术的基本思想是：密码算法的软件实现模硬件实现的过程，软件实现的一个逻辑指令对应多个硬件逻辑门操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于位片技术的动态S盒分组密码的加密及解密方法，利用位片技术与密钥相结合的思想去构造分组密码算法的构造S盒，使S盒在加密整个流程中呈现动态的形式。提高S盒替换的实现效率的同时通过隐藏S盒的方式提高算法的安全性。

本发明提供的一种基于位片技术的动态S盒分组密码算法，包括以下步骤：

一种基于位片技术的动态S盒分组密码的加密方法，包括以下步骤：

A1：设置64位的密钥Key，将初始密钥的高32位作为初始的子密钥rkey₀；

A2：获取128位的明文Plaintext，并按位数进行分组以得到多个分支；