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基于AES加密算法的改进及其MATLAB实现

作　者: 孙爱娟
导　师: 武峻峰
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: AES Rijndael算法 S-盒 代数表达式
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 467次
引　用: 4次
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内容摘要


随着计算机的广泛应用和信息产业的发展,信息的安全越来越受到重视。信息安全主要是由安全协议和密码算法组成,其中密码算法是信息安全的基础和核心。所以研究和分析当今流行的密码算法对我国的信息安全有很大的现实意义。而分组加密算法是现代密码体制发展的两个发展方向之一,它具有速度快、易于标准化和便于软硬件实现等特点,因此在计算机通信和信息系统安全领域中得到了广泛的应用。在2000年10月2日,美国标准技术研究所宣布Rijndael算法将被不加修改地作为高级加密标准AES(Advance Encryption Standard),并于2002年5月26日正式生效。本文对美国高级加密标准AES算法进行了比较深入的分析和研究,其中包括算法的抗攻击性和代数性质。主要成果有:1.对AES算法进行了详细的介绍,包括AES加密算法的相关数学基础知识、设计准则,设计原理和算法的整体结构,并对国内外对加密算法的研究现状进行了概括和总结。2.详细介绍了目前比较流行的攻击分组加密算法的方法,主要有强力攻击,差分攻击、线性攻击和Square攻击,分析了该算法抵抗现有攻击的能力。3.针对AES算法S-盒的设计特点,详细分析了S-盒的仿射变对周期和S-盒迭代输出周期,S-盒代数表达式及逆S-盒的代数表达式、S-盒布尔置换的代数性质。针对AES算法的不足,提出了构造新S-盒的改进方案,用新方案构造的S-盒在仿射变换对周期、迭代输出周期、S-盒表达式项数及逆S-盒代数表达式项数、平衡性、严格雪崩准则、非线性度、抗代数攻击能力等方面具有更好的代数性质。为了更好的理解AES加密算法,本论文给出了一个例子,然后根据实际情况,提出了一些加密时遇到问题的具体解决方案。最后用Matlab语言验证了改进的AES加密算法。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-18
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 研究分组加密算法的目的与意义  12-14
  1.3 国内外研究现状  14-16
    1.3.1 国外研究情况  14-16
    1.3.2 国内研究情况  16
  1.4 本文所完成的工作  16-18
第2章 AES 算法的设计准则和算法描述  18-32
  2.1 AES 算法的相关数学知识  18-21
    2.1.1 有限域GF( 2~8 ) 上的运算  18-19
    2.1.2 系数在有限域GF(2~8 ) 上的多项式的运算  19-21
  2.2 AES 的设计准则  21-25
    2.2.1 密钥参数  21-23
    2.2.2 迭代次数  23-24
    2.2.3 轮变换基本操作  24-25
  2.3 AES 算法描述  25-31
    2.3.1 字节替换  26-27
    2.3.2 行移位  27
    2.3.3 列混合  27-28
    2.3.4 轮密钥加  28-29
    2.3.5 密钥扩展  29-30
    2.3.6 加密和解密算法  30-31
  2.4 本章小结  31-32
第3章 AES 算法的安全性分析  32-37
  3.1 强力攻击  32
  3.2 差分密码分析  32-33
  3.3 线性密码分析  33-34
  3.4 Square 攻击  34-36
  3.5 本章小结  36-37
第4章 AES 加密算法的改进及其MATLAB 实现  37-60
  4.1 S-盒及逆S-盒的代数表达式  37-38
  4.2 S-盒布尔置换的代数性质  38-41
  4.3 S-盒的相关性质  41-44
    4.3.1 S-盒的仿射变换周期  41-42
    4.3.2 S-盒的迭代输出周期  42-44
    4.3.3 S-盒的雪崩概率  44
  4.4 S-盒改进方案的设计  44-52
  4.5 Matlab 编程实现  52-59
  4.6 本章小结  59-60
第5章 AES 加密算法的应用  60-69
  5.1 数据库加密的必要性  60-62
    5.1.1 数据库加密的基本方法  60-62
    5.1.2 数据库加密的基本要求  62
  5.2 数据库加密的应用  62-68
  5.3 本章小结  68-69
结论  69-70
参考文献  70-74
攻读学位期间发表的学术论文  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 安全保密 > 加密与解密
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