序列密碼，也就是流密碼，是對稱密碼。跟前面分組密碼的區(qū)別就在于其加密變換的對象比分組的塊小，一般是Bit。前面說過的vernam密碼就是一種序列密碼。

序列密碼的特點(diǎn)有哪些呢？

? ? ?明文：被加密的是叫明文字。是明文序列的一項(xiàng)。

?????密鑰：由主密鑰（初始密鑰）產(chǎn)生一個(gè)密鑰序列，長度和明文字bit長度相同。相應(yīng)的別叫做密鑰字。

? ? ?密文：經(jīng)加密函數(shù)，明文字與密鑰產(chǎn)生了密文字。

? ? ?加密：與現(xiàn)態(tài)（當(dāng)前狀態(tài)）有關(guān)。照分組密碼的OFB和CFB理解。

?????序列密碼體制關(guān)鍵就在于這個(gè)產(chǎn)生密鑰序列的方法，也就是密鑰序列產(chǎn)生器應(yīng)具有良好的隨機(jī)性，讓密鑰序列不可預(yù)測。不過一般都是偽隨機(jī)。分組密碼的關(guān)鍵是加解密算法讓明文密文關(guān)聯(lián)盡可能復(fù)雜。

? ? ?序列密碼分為同步序列密碼和自（異）同步序列密碼。啥區(qū)別呢，就是前者密鑰序列獨(dú)立于明文序列和密文序列。后者并不獨(dú)立。

同步序列密碼特點(diǎn)：消息的發(fā)送者和接受者必須同步，即相同的密鑰。

自同步序列密碼特點(diǎn)：明文統(tǒng)計(jì)擴(kuò)散。

好了，說完這些啰嗦的東西，咱們就說說這關(guān)鍵的密鑰序列產(chǎn)生器：

???????? 密鑰流產(chǎn)生器。一般看做一個(gè)有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)，這個(gè)機(jī)又是啥呢？可以這樣理解，它有三部分，分別是有限狀態(tài)集，有限輸入字符集和有限輸出字符集，狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)。就是在狀態(tài)S_i，輸入為A_i時(shí)，狀態(tài)裝換為S_h并輸出A_h。放在咱們序列密碼中，就是把密鑰流當(dāng)做輸入，當(dāng)狀態(tài)一變，就輸出。

???????? 好了，那問題來了，這狀態(tài)序列怎么確定呢？還有你說輸出就輸出，咋輸出的呢？

???????? 我們將控制狀態(tài)序列的部分叫驅(qū)動(dòng)器，一般利用線性反饋移位寄存器。一般要求最長周期或m序列產(chǎn)生器實(shí)現(xiàn)。這樣就能為非線性組合部分提供統(tǒng)計(jì)性能好的序列了。

???????? 我們將進(jìn)行非線性組合產(chǎn)生輸出序列的部分叫非線性組合部分。要求F輸入是二元序列輸出也得是，這是最基本要求。對于可定的序列，F應(yīng)使輸出序列周期足夠大。

???????? 那就談?wù)劸€性反饋移位寄存器（LFSR）。

一個(gè)n階反饋寄存器，由n個(gè)二元寄存器和一個(gè)反饋函數(shù)組成。這n個(gè)寄存器的內(nèi)容所形成的向量即為此時(shí)狀態(tài)。所以其有2ⁿ個(gè)狀態(tài)。T時(shí)刻LFSR狀態(tài)為s_t=（a_t,a_t+1,…a_t+n-1），t+1時(shí)刻：s_t+1=（a_t+1,a_t+2,…,a_t+n），兩者一比，發(fā)現(xiàn)兩點(diǎn)不同：

1.??? a_t輸出了。就這樣，狀態(tài)改變就輸出一個(gè)，成了輸出序列。S₀是及寄存器的初始狀態(tài)。

2.??? 多了個(gè)a_t+n，其求法：a_t+n=f（a_t,a_t+1,…a_t+n-1）。f就是反饋函數(shù)。當(dāng)f的運(yùn)算為模2加法時(shí)，稱為線性移位反饋寄存器（LFSR）。

LFSR特點(diǎn)：

初始狀態(tài)非0，新狀態(tài)就非0；初始為0 ，狀態(tài)恒為0。

選擇合適的f反饋函數(shù)可以使周期達(dá)到2ⁿ-1，即m序列。（2n長明密文就可攻破，畢竟偽隨機(jī)）

驅(qū)動(dòng)部分就說這么多，下面說說幾種非線性序列生成器，一般都是幾個(gè)LFSR組合起來：

gaffe：3個(gè)LFSR，LFSR1,3是輸入，LFSR2是輸出。

J-K觸發(fā)器：2個(gè)LFSR， Pless產(chǎn)生器是其加強(qiáng)版。

Pless產(chǎn)生器：8個(gè)LFSR，4個(gè)J-K，一個(gè)循環(huán)計(jì)數(shù)器。

鐘控序列產(chǎn)生器：2個(gè)LFSR，一個(gè)控制另一個(gè)的時(shí)鐘脈沖。

門限產(chǎn)生器：可變數(shù)量n個(gè)LFSR。要求：大奇數(shù)，所有LFSR長度互素，反饋多項(xiàng)式都是本原的，這樣就最大周期了。

總結(jié)一下：序列密碼進(jìn)行bit加密，有明文字，密鑰字，密文字，關(guān)鍵在于密鑰產(chǎn)生器，其分兩部分，驅(qū)動(dòng)（狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)，輸出函數(shù)，狀態(tài)集和輸出集）和非線性組合。驅(qū)動(dòng)一般是LFSR，LFSR是反饋函數(shù)f運(yùn)算為模2加法。最后介紹了集中產(chǎn)生器，都是LFSR組合的，想法設(shè)法達(dá)成最大周期。

典型的序列密碼算法：RC4，A5和SNOW2.0，最后一個(gè)不細(xì)說。

首先RC4：被廣泛應(yīng)用

???? 基于非線性數(shù)據(jù)表變換的序列密碼。有一個(gè)足夠大的數(shù)據(jù)表提供進(jìn)行非線性變換，產(chǎn)生非線性輸出序列，它也叫S盒，S盒大小為2ⁿ，通常n=8。RC4每個(gè)輸出都是S盒中的隨機(jī)元素。

好了，那么問題又來了，S盒內(nèi)是咋排列的？又是怎么隨機(jī)選出來的？

???? 主角登場：KSA密鑰調(diào)度算法和PRGA偽隨機(jī)生成算法，分別解決上述兩個(gè)問題。

KSA:

S初始化：把0~255線性填入。

T初始化：臨時(shí)向量T，將主密鑰K值付給T，假如K長度小于L，那就將K重復(fù)賦值給L，直到L都被賦值了。

用T對S置換：按照T[i]對S進(jìn)行位置置換，就把元素?fù)Q個(gè)位置。

結(jié)束了KSA就是PRFA了

PRGA：從S中隨機(jī)取出，并修改S方便下次選取

???? 就是一個(gè)算法

所以我們發(fā)現(xiàn)其實(shí)S盒里就是0-255，只不過是位置一直在變。

RC4至少128位密鑰才安全。

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A5算法：GSM

???? 介紹下A5/1，典型的基于LFSR的序列密碼算法，3個(gè)LFSR，階數(shù)分別為19，22，23，均為本原多項(xiàng)式。64位密鑰。

???? 已經(jīng)明文就可破解A5/1，原因：算法設(shè)計(jì)太簡單，沒有足夠的混淆和擴(kuò)散。

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?

SNOW2.0：

???? 基于LFSR和有限狀態(tài)機(jī)的序列密碼算法。1個(gè)LFSR+1個(gè)有限狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)(2個(gè)32位寄存器)。主密鑰K：128位或256位，初始向量：128位。

就這些吧，算法谷歌度娘多得是，有功夫我再寫個(gè)上來。懶得寫啊。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的密码学基础知识（五）序列密码的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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