1、一種非線性流式加密算法by袁園為了更好的說明算法，我們先對一些必要的概念做簡單介紹。1 流式算法1.1 對稱加密對稱加密，它的加密和解密都是用同一把密鑰完成。對稱加密比不對稱加密快得多，但缺點在于，它的安全性完全依賴于保持密碼的機密性。不對稱加密，它要求使用兩個密鑰，一個是公共的（公鑰），另一個是私有的（私鑰）。每個密鑰都要求使用另一個密鑰來解密一條消息。它的復雜性提高，因此沒有普及。1.2 加密算法通常有兩種方法可以對一批數據進行加密，一種是區塊加密系統，另一種是流式加密系統。1.2.1 Block Cipher（區塊加密系統）區塊加密獲取一大批數據，并用密鑰對其加密。這個過程不斷重復，直至

2、徹底加密整條消息。通常，會有一個長度變量來控制數據塊的大小。但無論長度大小，都會用整個密鑰來加密數據區塊。Cipher Function（data , password）=Output整個密鑰（password）每次都原封不動的用于數據加密，在連續使用的過程中，區塊加密系統在功能上會越來越弱。密鑰很容易從密文中提取出來。1.2.2 Stream Cipher（流式加密系統）流式加密也使用一個密鑰，但它的加密單位小的多。區塊加密可一次加密整頁文本，但流式加密只能對構成一頁文本的每個字母的每個比特進行加密。流式加密使用了除密鑰和數據外的一個狀態條件，即對流經加密程序的每個數據區塊，數據都會進行不同

3、的加密。為了實現此算法，需要合并狀態值和密鑰生成一個隨機改變的數據流Key Stream。它的加密函數有兩部構成：Key Stream = State Function（State ，Password）；Output = XOR（data , key stream）.2 加密算法2.1 概述該算法本質為流式加密算法的一種，即對明文數據的每個bit位都進行加密。而且生成上述Key Stream 的State Function 是非線性函數，因此是一種非線性流式加密算法，還因為它加解密都使用同一密鑰，所以稱它是對稱的。2.2 名詞介紹該算法涉及到一些專業術語，我們有必要首先作聲明。移位寄存器序列是

4、指由移位寄存器輸出的由“1”和“0”構成的序列。相應的時間波形是指由“1”和“-1”構成的時間函數，如圖2-1所示。(a)1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0(b)圖2-1（a）移位寄存器序列（b）移位寄存器波形移位寄存器序列的產生如圖2-2 。主要由移位寄存器和反饋函數構成。移位寄存器內容為或1，反饋函數的輸入端通過系數與移位寄存器的各級狀態相聯（）輸出通過反饋線作為的輸入。移位寄存器在時鐘的作用下把反饋函數的輸出存入，在下一個時鐘周期又把新的反饋函數的輸出存入而把原的內容移入，依次循環下去，不斷輸出。如果反饋函數為的模2加（即異或），就稱寄存器為線

5、性反饋移位寄存器序列產生器（LFSR）。反饋函數還決定了寄存器移位的狀態總數，若使得寄存器能遍歷除全零外的所有狀態，則稱寄存器為m序列發生器，對應此時的稱為本原多項式。 異或（XOR）XOR是一個簡單的邏輯運算。它是比特位的不進位加法，是一種初級的加密方案，將一個數據區段與另一個數據區段合并到一起，從而生成一個被打亂的輸出。因為它的速度極快，因此成為最流行的加密方法之一。在生成Key Stream 后，加密函數只需將數據與其做異或便得到密文，解密是只需將密文再與其做異或，即可得到數據。2.3 算法實現 獲得加密密鑰算法使用password的為64比特。在該算法中狀態值也是64 bit。算法初始

6、時取機器時間的低64位與password異或得到加密密鑰。以后取算法運行一次生成的84 bit中的64 bit作為狀態值。初始狀態值的隨機性，以及后來狀態值的迭代性，使得加密算法更安全。 移位寄存器.1 兩個寄存器運算上述加密密鑰送到兩個64級，但具有不同的本原多項式的m序列寄存器中，作為寄存器的輸入。其中為寄存器的第i bit 位對兩個寄存器作如下操作：首先運轉128次，得到的序列取其最高7bit構成一個十進制數N，查隨機數表，輸出另一個十進數Ni，寄存器再運轉Ni次，得到64bit輸出序列。將兩個寄存器的輸出按如下形式運算：LFSR1 = A1 + A2 + A3 + A4 + A5 +

7、A6 + A7 + A8LFSR2 = B1 + B2 + B3 + B4 + B5 + B6 + B7 + B8LFSR = A1 B8 + A2 B7 + A3 B6 + A4 B5 + A5 B4 + A6 B3 + A7 B2 + A8 B1.2 得到非線性函數的輸入上述得到的LFSR 作為第三個寄存器的輸入，經過與前兩個寄存器相同的運轉后，輸出序列即位非線性函數的64bit輸入。 非線性State Function.1 得到14個十進制數從64bit的輸入中確定14個數，計算式如下：得到的為一組，為另一組。.2 對第一組數的處理 根據的值計算一組非線性函數，輸出為一個8 bit數。因

8、為的值為03，所以只可能是下面函數中其中一個：式中，是兩個置換表，輸入為7 bit，輸出也為7 bit。根據計算出來的值我們繼續運算：上式中Ni7時，取Ni=0。最后計算輸出一個8 bit字。.3 對第二組數的處理對第二組數做相同的處理，也得到一個8 bit字。 Key Stream 的生成對兩個8 bit字作如下運算，輸出一個4 bit 字合并寄存器3的64 bit輸出，以及上述4 bit字，生成84 bit Key Stream序列： 加密將生成序列奇偶互換，并接在原始序列之后構成一個長度為168 bit的序列。設置一個值指向序列的某一位，由所指當前位相鄰的高8 bit構成一個字節，這個值

9、由序列第一位開始依次后移直到序列的最后一位。（其中當值指向序列末尾時，不夠8 bit的向序列起始位循環）由上生成168個字節的加密序列，與所給數據相應的字節做異或運算，得到密文。3附表 31 隨機數表87797111073121611110113155921248970364045675596610978849198105112120011916251154317627290921031141251279730445669749510812211022655158829613318654494283100118826416381101512145285931972827619411611345

10、7801043912648737512320465335124235077294326088117184776106102386899233643732 置換表016324864809611282440567288104120117334965819711392541577389105121218345066829811410264258749010612231935516783991151127435975911071234203652688410011612284460769210812452137536985101117132945617793109125622385470861021181430466278941101267233955718710311915314763799511112733 置換表064165266367468569670771872973107411751276137714781579168017811882198320842185228623872488258926902791289229