基本信息
- 項目名稱：
- 基于AES加密算法的多模式可重構(gòu)加密系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目提出一種基于AES（高級加密標準）加密算法的多模式可重構(gòu)加密方法，該方法中提供了五種工作模式供用戶選擇，并對其核心部分——S盒進行了研究，提供了全隨機S盒和偏隨機S盒的生成方式。 本方法有效避免了加密采用硬件實現(xiàn)可能面臨的側(cè)信道攻擊，優(yōu)化了可重構(gòu)密碼方法的操作方式，適用于構(gòu)造一套可重構(gòu)的軟件加密系統(tǒng)，將分組密碼的重構(gòu)集成于同一個軟件系統(tǒng)中，也便于操作和管理。
- 詳細介紹：
- 本項目是基于AES（高級加密標準）設(shè)計的可重構(gòu)密碼系統(tǒng)，本加密系統(tǒng)相對于AES而言，在其核心加密環(huán)節(jié)作出了調(diào)整，使得用戶可根據(jù)需求選擇相應(yīng)的工作模式、安全性等屬性，讓用戶在速度要求和安全性要求上找到平衡。該項目的設(shè)計主要是對于AES的S盒進行研究，設(shè)計了全隨機S盒和偏隨機S盒，并且驗證了所設(shè)計的S盒具有非常良好的性質(zhì)，從而具有很好的安全性，可抵御主流的密碼分析方式和攻擊手段。 本文的內(nèi)容主要分為密碼學背景知識、AES算法、S盒設(shè)計方法、加解密系統(tǒng)的工作模式、軟件測試五個部分。我們基于對AES算法的了解，自行設(shè)計多模式可重構(gòu)加密系統(tǒng)，并且測試成功。我們的算法相對于AES有著更加優(yōu)良的性能，更加實用。通過獨立設(shè)計這個自行設(shè)計多模式可重構(gòu)加密系統(tǒng)，我們不僅深入了解了AES算法等一些國際當下先進加密算法，知道如何去衡量一個加密系統(tǒng)的安全性，同時還自主設(shè)計算法、自主編程上機測試，提高了實際運用的能力。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 項目研究目標： 通過對AES（高級加密標準）的優(yōu)化研究，設(shè)計一款更適于實際應(yīng)用的具備多模式和可重構(gòu)性的數(shù)據(jù)加密平臺。 項目基本思路： 在研究過程中，我們在導師的指導下，對AES（高級加密標準）的核心算法進行了深入分析，并以此展開研究，進行可重構(gòu)設(shè)計和算法實現(xiàn)的優(yōu)化。之后，通過軟件平臺的測試，進一步的優(yōu)化和改進我們所設(shè)計的多模式可重構(gòu)加密系統(tǒng)。 項目創(chuàng)新點： 1對AES算法核心部分S盒進行了重構(gòu)化的探索，設(shè)計的兩套S盒生成算法均能產(chǎn)生密碼學性質(zhì)不弱于原S盒的可重構(gòu)S盒。 2設(shè)計的系統(tǒng)了集成分組密碼常用的工作模式，適應(yīng)不同場合的需求。 3人性化的人機互動平臺，能最大程度滿足用戶各方面的需求，例如密鑰長度、速度、安全性和S盒重構(gòu)方式等。 技術(shù)關(guān)鍵： 該項目的技術(shù)關(guān)鍵是對AES（高級加密標準）中核心算法——S盒的重構(gòu)設(shè)計，我們進行了全隨機和偏隨機兩種方式的可重構(gòu)設(shè)計。并在此基礎(chǔ)上，對加密的輪數(shù)進行了可調(diào)性設(shè)計，對加密模式進行了嵌入式設(shè)計。 主要技術(shù)指標如下： 1非線性度：112，完全非線性函數(shù)為120,而我們所得結(jié)果為112，已經(jīng)非常接近完全非線性函數(shù)的非線性度，而且不低于原先的S盒。 2差分均勻度：差分均勻度為4，不弱于原先的S盒。 3代數(shù)次數(shù)及項數(shù)：我們設(shè)計的算法次數(shù)為7次，項數(shù)有128項，略高于AES的相關(guān)參數(shù)，極大提高了抗插值攻擊的能力。 4速度:根據(jù)分組密碼算法的軟件實現(xiàn)方式，全隨機和偏隨機的軟件加密速度均與AES的軟件速度近似，無顯著差別。
科學性、先進性
- 科學性： 對密碼算法而言，非線性度，差分均勻度，代數(shù)次數(shù)及項數(shù)是體現(xiàn)密碼系統(tǒng)安全性重要參數(shù)。 經(jīng)過驗證，我們設(shè)計的密碼算法在非線性度，差分均勻度，代數(shù)次數(shù)及項數(shù)這三大方面較AES的對應(yīng)參數(shù)有著相應(yīng)的提升， 具備抵抗線性攻擊和差分攻擊的能力。 先進性： 1 我們的加密系統(tǒng)相對于AES而言，重新設(shè)計了算法的核心部分——S盒（全隨機S盒和偏隨機S盒），讓用戶有了更多選擇的空間，能夠適應(yīng)不同的需要。 2改變密碼算法中域的結(jié)構(gòu)和仿射變換中的常數(shù)，使我們的加密算法有著不同的線性變換。讓系統(tǒng)的安全性以及靈活性大大提升。 3將加密輪數(shù)化為可調(diào)，讓用戶在速度要求和安全性需求上找到平衡。 4將五種常用的加、解密模式運用于我們的系統(tǒng)中，讓用戶有著更多選擇的空間，增強了加密系統(tǒng)的實用性。 上述變化讓我們的加密算法相對于AES有著更加優(yōu)良的性能，更實用，也更安全。我們的加密算法可以面對不同用戶的需求，是一個更優(yōu)于AES的加密算法。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年4月在校級學生課外科技競賽中獲創(chuàng)新獎。 2010年5月在第六屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學生課外科技學術(shù)作品競賽中獲一等獎
作品所處階段
- 本項目為國家級SRTP項目，現(xiàn)已完成核心理論研究和實測，并設(shè)計出相應(yīng)的軟件平臺，已申請專利。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利實施轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 磁盤 現(xiàn)場演示 圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 該作品針對AES（高級加密標準）的核心算法進行了可重構(gòu)設(shè)計，并引入了更多的工作模式選擇。相較現(xiàn)有的加密算法具有更好的安全性和魯棒性，可廣泛應(yīng)用于軍工領(lǐng)域和日常生活中。本項目所設(shè)計的算法有效避免了加密采用硬件實現(xiàn)可能面臨的側(cè)信道攻擊，優(yōu)化了可重構(gòu)密碼方法的操作方式，適用于構(gòu)造一套可重構(gòu)的軟件加密系統(tǒng)，將分組密碼的重構(gòu)集成于同一個軟件系統(tǒng)中，也便于操作和管理。 在應(yīng)用前景上，即可適應(yīng)對安全性要求更高的保密通信領(lǐng)域，也可適應(yīng)對速度要求更高的生產(chǎn)生活之中。該系統(tǒng)可滿足用戶對安全性和速度的全方面需求，并在兩者間達到平衡，滿足用戶對加密、解密系統(tǒng)的多元化需求。 該項目現(xiàn)已申請了相關(guān)專業(yè)，通過專利技術(shù)的實施，可開發(fā)相應(yīng)的軟件平臺、硬件系統(tǒng)，也可將核心算法移植到通信加密系統(tǒng)中進行應(yīng)用，在適應(yīng)市場需求方面大有可為。
同類課題研究水平概述
- 當前，國內(nèi)外并無針對AES算法核心部分進行可重構(gòu)計算的相關(guān)研究成果。 現(xiàn)我國已有對DES（加密解密標準）的硬件可重構(gòu)設(shè)計和研究，設(shè)計思路是將DES算法集成到一個系統(tǒng)中，但無法真正做到“動態(tài)演化”，且無法有效抵御側(cè)信道攻擊等密碼分析方式，對于實際應(yīng)用意義不大。 在安全性方面，我們通過對密碼算法的有關(guān)參數(shù)（如代數(shù)次數(shù)、分線性度、差分均勻度）的分析，有效的證明了我們所設(shè)計的系統(tǒng)具有很強的安全性和對密碼分析、密碼攻擊手段的抵抗性。 在速度方面，我們收錄了DES、AES、CAMELLIA等多種加密系統(tǒng)進行對比測試。結(jié)果表明，我們所設(shè)計的加密平臺在速度上與AES相近，并無顯著差異。 本項目經(jīng)專利查新，具有較強的創(chuàng)新性和前瞻性。本算法相較于同類密碼系統(tǒng)具有更好的適用性和更強的安全強度，在速度上與AES算法速度基本一致，具有廣泛的應(yīng)用前景。
