分组密码中S盒的优化改进研究
分组密码是密码学的一个重要分支，它具有速度快、易于标准化和便于软硬件实现等特点，通常是信息与网络安全中实现数据加密、数字签名、认证及密钥管理的核心体制。而S盒是许多分组密码算法中的唯一非线性部件，因此，它的密码强度决定了整个分组密码算法的安全强度。
本论文的内容主要包括以下几个方面:
(1)首先介绍了S盒的研究基础和混沌基础理论，然后利用以Henon映射为基础构造的迭代结构设计出能优化8×8S盒的性能的搜索算法。由于8×8S盒相当于置换群，起着进行256元置换的作用，所以S盒的优化就相当于改变排序的来寻找最优值。首先设置了一个权衡非线性度和差分均匀度的加权公式来作为评价S盒性能的标准，之后通过Henon映射的连续迭代来产生两个伪随机数a和b，置换S盒所对应的排序序号为a和b的元素来得到新的S盒，并将新的S盒与之前的S盒进行对比，如果性能更好则取代之。循环上述步骤直到迭代次数达到最大。通过实验仿真，该算法能在一定程度上能改进8×8S盒的性能。
(2)首先介绍了粒子群算法的理论基础。算法的两个最重要的部分是适应度函数的设置以及算法的学习策略。本文算法的适应度函数被设置为能权衡差分均匀度、非线性度以及雪崩性能这三个密码学特性的加权公式。由于常用的粒子群算法是在实数域上进行运算，而S盒的设计可以理解为不同排序的优化问题，因此对算法的学习策略进行一定程度的改变，而主要的改变是把算法中“粒子”的“速度”由欧氏几何向量变为由若干个“互换操作”构成的集合，互换操作指的是让序列中的两个元素交换位置。之后给出了完整流程算法并进行实验仿真。由于对S盒最重要的安全特性是非线性度和差分均匀度，所以实验仿真主要分析算法的各种参数对这两个安全特性的影响。最后和利用其它智能算法所设计的S盒进行各种性能的对比，发现利用粒子群算法所优化的S盒在总体性能上优于其它S盒。
(3)最后总结本文，并且指出了S盒研究中存在的问题。
分组密码;S盒;Henon映射;粒子群算法;实验仿真;安全强度
西南交通大学
硕士
密码学
张爱丽
2013
中文
TP309.2;TP393.08
58
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）