对称密码算法(分组密码算法 序列密码算法 密码杂凑算法)中的基本操作

对称密码算法(分组密码算法 序列密码算法 密码杂凑算法)中的基本操作

相比非对称加密算法,对称加密算法因为加解密效率较高,因而在日常使用中更加广泛。为了让大家更加熟悉常见的对称加密算法,本文列举出了对称密码算法设计中经常用到的13种基本操作。如果有遗漏和不足的地方,欢迎大家在评论中提出。

**(1)**异或运算(XOR)

符号:⊕

运算规则:相同为0,不同为1。

例如:A=an-1||an-2||......||a1||a0,B=bn-1||bn-2||......||b1||b0,则C= cn-1||cn-2||......||c1||c0=A⊕B=an-1⊕bn-1||an-2⊕bn-2||......||a1⊕b1||a0⊕b0,其中||表示比特串的连接。

若ai=bi,则ci=0,否则ci=1。

(2)逻辑与运算(AND)

符号:∧

运算规则:除了1∧1为1,其它3种情况都为0。

例如:A=an-1||an-2||......||a1||a0,B=bn-1||bn-2||......||b1||b0,则C= cn-1||cn-2||......||c1||c0=A∧B=an-1∧bn-1||an-2∧bn-2||......||a1∧b1||a0∧b0,其中||表示比特串的连接。

若ai=bi=1,则ci=1,否则ci=0。

(3)逻辑或运算(OR)

符号:∨

运算规则:除了0∨0为0,其它3种情况都为1。

例如:A=an-1||an-2||......||a1||a0,B=bn-1||bn-2||......||b1||b0,则C= cn-1||cn-2||......||c1||c0=A∨B=an-1∨bn-1||an-2∨bn-2||......||a1∨b1||a0∨b0,其中||表示比特串的连接。

若ai=bi=0,则ci=0,否则ci=1。

(4)取反运算(NOT)

符号:~

运算规则:0变为1,1变为0。

例如:A=an-1||an-2||......||a1||a0,B=bn-1||bn-2||......||b1||b0,则B= bn-1||bn-2||......||b1||b0=~A=~an-1||~an-2||......||~a1 ||~a0,其中||表示比特串的连接。

若ai= 0,则bi=1,否则bi=0。

(5)模加运算(ModAdd)

符号:⊞

运算规则:先算加法,再求模。

例如:A=an-1||an-2||......||a1||a0,B=bn-1||bn-2||......||b1||b0,则D= dn-1||dn-2||......||d1||d0=A⊞B=an-1⊕bn-1⊕cn-1||an-2⊕bn-2⊕cn-2||......||a1⊕b1⊕c1||a0⊕b0⊕c0,其中c0=0,cj=(aj-1∧bj-1)⊕(bj-1∧cj-1)⊕(cj-1∧aj-1),其中||表示比特串的连接。

(6)逻辑移位(Shift)

左移位

符号:<<

例如:A=an-1||an-2||......||a1||a0,则B=A<<N= an-N-1||an-N-2||......|| an-1||0||......||0||0

右移位

符号:>>

例如:A=an-1||an-2||......||a1||a0,则B=A>>N= 0||......||0||0|| an-1||......|| aN+1||aN

(7)循环移位(Rotation)

左循环移位

符号:<<<

例如:A=an-1||an-2||......||a1||a0,则B=A<<N= an-N-1||an-N-2||......|| an-1||......|| an-N+1||an-N

右循环移位

符号:>>>

例如:A=an-1||an-2||......||a1||a0,则B=A>>N= aN-1||aN-2||......|| an-1||......|| aN+1||aN

(8)S盒替换(SBOX)

S盒作为大多数对称密码算法中唯一的非线性组件,它提供了安全密码算法必须的混淆性。轻量级分组密码Present的S盒(6X4)和认证加密算法ASCON(5X5)和高级加密标准AES算法的S盒(8X8)通过查表来实现。详见常见对称加密算法的混淆层(S盒)及其密码学指标。

不使用查表实现的S盒为Simon(循环移位和与运算),Keccak(异或运算和与运算),Alzette(ARX结构)。

(9)P盒置换(PBOX)

P盒作为大多数对称密码算法中的线性组件,它提供了安全密码算法必须的扩散性。轻量级分组密码Present的P盒和高级加密标准AES算法的P盒分别通过比特置换和乘以MDS矩阵来实现。详见常见对称加密算法的扩散层(P盒)及其密码学指标。

Camellia,MIBS,Midori等分组加密算法使用MDBL矩阵作为线性扩散层。

(10)矩阵乘法(Matrix)

在AES算法中,中间状态排列成4X4矩阵形式。列混合变换操作将中间状态矩阵左乘4X4的MDS矩阵。如图所示(其中x为列混合的输入状态,y为列混合的输出状态):

只不过这里的乘法为有限域上的多项式乘法,而不是十进制乘法。

(11)比特置换(BitPermutation)

轻量级分组加密算法Present算法的扩散层为基于比特的置换变换,如图为该变换对应的置换表。线性置换表P可由以下公式表示:

Bi=B4*i Bi+16=B4*i+1 Bi+32=B4*i+2 Bi+48=B4*i+3(0*≤* i*≤15*)。

(12)字节置换(BytePermutation)

字节置换的原理同比特置换,只不过置换的单元为字节而已。

(13)比特连接(BitLink)

符号:||

该操作将两个短的比特串连接为一个长的比特串。

例如:A=am-1||am-2||......||a1||a0,B=bn-1||bn-2||......||b1||b0,则C=A||B= am-1||am-2||......||a1||a0||bn-1||bn-2||......||b1||b0。

相关推荐
神里流~霜灭5 分钟前
蓝桥备赛指南(12)· 省赛(构造or枚举)
c语言·数据结构·c++·算法·枚举·蓝桥·构造
小杨爱学习zb12 分钟前
学习总结 网格划分+瞬态求解设置
笔记·学习·算法
双叶83626 分钟前
(C语言)单链表(1.0)(单链表教程)(数据结构,指针)
c语言·开发语言·数据结构·算法·游戏
uhakadotcom1 小时前
OpenAI 的 PaperBench:AI 研究复现基准测试工具
算法·面试·github
凯强同学1 小时前
第十四届蓝桥杯大赛软件赛省赛Python 大学 C 组:6.棋盘
python·算法·蓝桥杯
wuqingshun3141591 小时前
蓝桥杯 切割
数据结构·c++·算法·职场和发展·蓝桥杯
艾妮艾妮1 小时前
C语言常见3种排序
java·c语言·开发语言·c++·算法·c#·排序算法
百度Geek说1 小时前
前沿多模态模型开发与应用实战3:DeepSeek-VL2多模态理解大模型算法解析与功能抢先体验
算法
小王努力学编程1 小时前
动态规划学习——回文子串系列问题【C++】
c++·学习·算法·leetcode·动态规划
ZTLJQ2 小时前
基于机器学习的三国时期诸葛亮北伐失败因素量化分析
人工智能·算法·机器学习