基于FCSR的流密碼設(shè)計與分析.pdf

1、帶進位的反饋移位寄存器(FCSR，F(xiàn)eedbackwithCarryShiftRegisters)與線性反饋移位寄存器(LFSR，LinearFeedbackShiftRegisters)具有相似的結(jié)構(gòu)，但是其使用帶進位加法使得生成序列天生具有極高的線性復(fù)雜度。由于當(dāng)前使用非線性序列源設(shè)計流密碼已經(jīng)成為主流，F(xiàn)CSR作為一類非常重要的非線性序列源，利用其設(shè)計流密碼自然成為了熱點。
　　 本文主要研究如何利用FCSR設(shè)計性質(zhì)優(yōu)秀的

2、密鑰流生成器，在研究FCSR的性質(zhì)與基于FCSR的密鑰流生成器F-FCSR-Hv2的基礎(chǔ)之上，先對F-FCSR-Hv2等基于濾波的密鑰流生成器進行改進，提出了改進方案—“聯(lián)合的F-FCSR密鑰流生成器”與“全動態(tài)濾波密鑰流生成器DF-FCSR-8”;然后用FCSR替代LFSR進行鐘控設(shè)計，得到具有良好性質(zhì)的鐘控密鑰流生成器;再綜合利用前面設(shè)計的密鑰流生成器得到了鐘控全動態(tài)濾波密鑰流生成器;最后研究了用于RFID(RadioFrequen

3、cyIdentification)射頻識別技術(shù)的輕量級認(rèn)證算法SQUASH，在此基礎(chǔ)上設(shè)計出基于FCSR的用于RFID的輕量級認(rèn)證算法SQUASH+和與加密結(jié)合的算法SQUASH+DF-FCSR。
　　 主要的結(jié)果如下:
　　 1.研究了基于FCSR濾波的密鑰流生成器F-FCSR-Hv2，分析了Hell-Johansson攻擊對FCSR濾波方案攻擊的思想，在此基礎(chǔ)上提出了一個基于FCSR濾波的改進方案—聯(lián)合的F-FCSR

4、密鑰流生成器，以增加寄存器為代價，在保證吞吐率和密鑰流良好統(tǒng)計特性的基礎(chǔ)上，還可以抵抗Hell-Johansson攻擊和其他攻擊。
　　 2.提出了一個全動態(tài)濾波密鑰流生成器DF-FCSR-8，該生成器改變了原來濾波密鑰流生成器在產(chǎn)生濾波輸出時使用靜態(tài)濾波的設(shè)計思路，引入了全動態(tài)濾波器，使得攻擊者不能獲取濾波器的濾波向量，無法列出足夠的線性方程組，從而可以抵抗Hell-Johansson攻擊，其他分析表明DF-FCSR-8可以抵

5、抗相關(guān)攻擊和代數(shù)攻擊等攻擊;測試表明密鑰流具有良好統(tǒng)計特性。
　　 3.提出基于FCSR的鐘控密鑰流生成器，設(shè)計了基于FCSR的停走鐘控密鑰流生成器和基于FCSR的交替鐘控密鑰流生成器，給出了兩個生成器的參數(shù)以及生成序列的周期、線性復(fù)雜度下界，并分析了抵抗Hell-Johansson等攻擊和其他攻擊的能力等等，結(jié)果表明基于FCSR的停走鐘控密鑰流生成器具有大周期高線性復(fù)雜度下界，但是統(tǒng)計特性不夠好，而基于FCSR的交替鐘控密鑰流

6、生成器具有大周期、高線性復(fù)雜度下界、統(tǒng)計特性良好、且能抵抗Hell-Johansson攻擊和其他攻擊。
　　 4.綜合了基于FCSR的全動態(tài)密鑰流生成器和鐘控密鑰流生成器的特點，提出兩個基于FCSR的全動態(tài)鐘控密鑰流生成器—基于FCSR的全動態(tài)停走鐘控密鑰流生成器SGDF-FCSR-8和基于FCSR的全動態(tài)交替鐘控密鑰流生成器ASDF-FCSR-8。給出了設(shè)計參數(shù)、生成序列的周期以及線性復(fù)雜度下界，測試了統(tǒng)計特性，并給出了ASD

7、F-FCSR-8抵抗Hell-Johansson攻擊以及其他攻擊的能力，結(jié)果表明，雖然SGDF-FCSR-8統(tǒng)計特性比基于FCSR的停走鐘控密鑰流生成器的統(tǒng)計特性好，但仍未能通過全部的偽隨機性測試;而ASDF-FCSR-8在具有交替鐘控密鑰流生成器大周期、高線性復(fù)雜度、良好統(tǒng)計特性的基礎(chǔ)之上，提高了吞吐率。
　　 5.研究了應(yīng)用于RFID環(huán)境下的輕量級認(rèn)證算法SQUASH，在標(biāo)準(zhǔn)SQUASH基礎(chǔ)上利用FCSR對其進行改進，提出了

8、SQUASH+算法，該算法可以在保證安全性的基礎(chǔ)上更高效的完成應(yīng)答的計算。綜合SQUASH+和基于FCSR的流密碼的特點，提出了一個將認(rèn)證與全動態(tài)濾波密鑰流生成器相結(jié)合的輕量級混合算法—SQUASH+DF-FCSR，該算法利用FCSR作為計算數(shù)據(jù)發(fā)生器，在認(rèn)證完成的同時也將流密碼初始化過程完成，進而進行加密，使得FCSR寄存器同時供認(rèn)證和加密使用，節(jié)約了空間，提高了效率，是一個在RFID環(huán)境下實用的輕量級認(rèn)證加密混合算法。