随着我国对计算机的普及,计算机和通信技术已经在我国得到了广泛发展及应用,从而使我们对信息的安全存储、安全处理和安全传输的需要越来越迫切。特别在INTERNET的应用中,以及个人通信、个人电子身份证、办公自动化,电子邮件、电子自动转帐支付系统和自动零售业务网的建立与实现,信息的安全保护问题已经显得十分突出,而能够解决这一问题的一个有效手段就是使用现代密码技术。
密码的应用可以一直追述到很久以前,但对于现代密码学,是始于20世纪70年代“密码学新方向”的发表和美国数据加密标准DES的颁布实施。从此揭开了商用密码研究的序幕。实用密码体制的研究基本上沿着两个方向进行,即以RSA为代表的公开密钥密码体制和以DES为代表的秘密密钥分组密码体制。分组密码具有速度快、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,它在计算机通信和信息系统安全领域有着最广泛的应用。
在这现代分组密码研究的三十年左右的历史中,人们在这方面有着丰硕的研究成果。大体上研究包括三个方面:分组密码的设计原理,分组密码的安全性分析和分组密码的统计性能测试。
对于分组密码,在早期的研究,基本上是围绕DES进行的,推出了一些类似的算法,例如:LOKI,FEAL,GOST等。进入20世纪90年代,人们对DES算法研究更加深入,特别是差分密码分析(differential cryptanalysis)和线性密码分析(linear cryptanalysis)的提出,迫使人们不得不研究新的密码结构。IDEA密码打破了DES类密码的垄断局面,随后出现了SQUARE、SHARK、SAFER-64等采用了结构非常清晰的代替—置换(SP)网络,从理论上给出了最大差分特征概率和最佳线性逼近优势的界,证明了密码对差分密码分析和线性密码分析的安全性。
AES的征集掀起了分组密码研究的新高潮,15个AES候选算法反映了当前分组密码设计的水平,也可以说是近几年研究成果的一个汇总。
目前分组密码所采用的整体结构可分为Feistel结构(例如CAST—256、DEAL、DFC、E2等)、SP网络(例如Safer+、Serpent等)及其他密码结构(例如Frog和HPC)。加解密相似是Feistel型密码的一个实现优点,但它在密码的扩散似乎有些慢,例如需要两轮才能改变输入的每一个比特。SP的网络结构非常清晰,S一般被称为混淆层,主要起混淆作用。P一般被称为扩散层,主要起扩散作用。在明确S和P的某些密码指标后,设计者能估计SP型密码抵抗差分密码分析和线性密码分析的能力。SP网络和Feistel网络相比,可以得到更快速的扩散,但是SP密码的加/解密通常不相似。
目前对分组密码安全的讨论主要包括差分密码分析、线性密码分析和强力攻击等。从理论上讲,差分密码分析和线性密码分析是目前攻击分组密码的最有效的方法,而从实际上说,强力攻击是攻击分组密码最可靠的方法。到目前为止,已有大量文献讨论各种分组密码的安全性,同时推出了譬如截断差分分析、非线性密码分析及插值攻击等多种分析方法。自AES候选算法公布以后,国内外许多专家学者都致力于候选算法的安全分析,预计将会推出一些新的攻击方法,这无疑将进一步推动分组密码的发展。
分组密码是现代密码学中的一个重要研究分支,其诞生和发展有着广泛的实用背景和重要的理论价值。目前这一领域还有许多理论和实际问题有待继续研究和完善。这些问题包括:如何设计可证明安全的密码算法;如何加强现有算法及其工作模式的安全性;如何测试密码算法的安全性;如何设计安全的密码组件,例如S—盒、扩散层及密钥扩散算法等。