密码学 - SEED 加密算法

SEED 加密是一种由韩国信息安全机构创建的对称密钥加密技术。它是一种分组密码加密技术，使用 16 字节的数据块和 128 位的密钥长度。

SEED 加密算法通过结合替换和置换技术将明文数据加密成密文。为了生成最终的密文，该过程使用 Feistel 网络结构，经过几轮加密。

SEED 加密

• SEED 加密使用密钥调度来创建轮密钥，这些轮密钥用于每一轮加密。
• 密钥调度是通过对原始密钥执行一系列按位运算（如异或、与以及左移和右移）来创建的。
• 加密过程需要将明文分成 16 字节的块，并对每个块分别执行加密算法。
• 该算法使用替换和置换算法的组合对数据进行加密，然后对每个块应用多轮加密以生成最终的密文。

SEED 解密

• 解密过程反转加密过程。
• 密文被分成 16 字节的块，并且解密技术对每个块单独执行，使用在加密过程中创建的相同的轮密钥。

SEED 的结构

SEED 的输入/输出块大小和密钥长度均为 128 位。SEED 具有 16 轮 Feistel 结构。一个 128 位的输入被分成两个 64 位的块 (L, R)。右侧的 64 位块用于输入轮函数 F，该函数根据密钥调度生成 64 位子密钥 Ki。

SEED 结构的伪代码如下：

for (i = 1; i <= 16; i++) {
   L = R;
   R = L ^ F(Ki, R);
}

轮函数 F

SEED 使用两个 8x8 S 盒、置换、旋转以及异或 (XOR) 和加法等基本模运算，以确保实现高度的安全、速度和简单性。

轮函数 F 将 64 位输入块分成两个 32 位块 (R0, R1)，并使用四个阶段：

• 两个 32 位子密钥块 (Ki0, Ki1) 的混合阶段。
• 函数 G 包含三层，允许混合两个 32 位块。

函数 F 生成以下输出 (R0' 和 R1')：

R0' = G[G[G[(R0 ^ Ki0) ^ (R1 ^ Ki1)] + (R0 ^ Ki0)] + G[(R0 ^ Ki0) ^ (R1 ^ Ki1)] + G[G[(R0 ^ Ki0) ^ (R1 ^ Ki1)] + (R0 ^ Ki0)]

R1' = G[G[G[(R0 ^ Ki0) ^ (R1 ^ Ki1)] + (R0 ^ Ki0)]. + G[(R0 ^ Ki0) ^ (R1 ^ Ki1)] + G[G[(R0 ^ Ki0) ^ (R1 ^ Ki1)]

函数 G

函数 G 包含两层：两个 8x8 S 盒和具有十六个 8 位子块的块置换。具有四个 8 位输入 (X0、X1、X2 和 X3) 的函数 G 给出以下输出：

Z0 equals {S1(X0) & m0} ^ {S2(X1) & m1} ^ {S1(X2) & m2} ^ {S2(X3) & m3}
Z1 equals {S1(X0) & m1} ^ {S2(X1) & m2} ^ {S1(X2) & m3} ^ {S2(X3) & m0}
Z2 equals {S1(X0) & m2} ^ {S2(X1) & m3} ^ {S1(X2) & m0} ^ {S2(X3) & m1}
Z3 equals {S1(X0) & m3} ^ {S2(X1) & m0} ^ {S1(X2) & m1} ^ {S2(X3) & m2}

其中 m0 = 0xfc；m1 = 0xf3；m2 = 0xcf；m3 = 0x3f。

为了提高 G 函数的效率，定义了四个“SS 盒”如下：

SS0(X) = {S1(X)& m3} || {S1(X) & m2} || {S1(X) & m1} || {S1(X) & m0}
SS1(X) = {S2(X) & m0} || {S2(X) & m3} || {S2(X) & m2} || {S2(X) & m1}
SS2(X) = {S1(X) & m1} || {S1(X) & m0} || {S1(X) & m3} || {S1(X) & m2}
SS3(X) = {S2(X) & m2} || {S2(X) & m1} || {S2(X) & m0} || {S2(X) & m3}

SEED 的应用

• SEED 加密用于保护网络通信，包括 VPN、SSL/TLS 和 IPsec。
• SEED 加密保护保存在磁盘、U 盘和其他存储介质上的数据。
• 这种加密技术用于保护智能手机和平板电脑等移动设备上的数据。
• 政府机构和军事组织使用 SEED 加密来保护机密材料。

优点

以下是使用 SEED 加密技术的一些优点：

• SEED 加密具有 128 位密钥长度，使其高度抗拒暴力攻击。
• SEED 加密是一种快速的方法，可以轻松地加密和解密数据，使其成为实时应用的理想选择。
• SEED 加密被广泛使用，并得到各种安全产品和服务的支持。
• SEED 加密可用于各种应用，例如网络安全、数据存储和移动设备。
• SEED 加密经过大量研究，并且能够抵抗几种已知的密码分析攻击。

缺点

除了 SEED 算法的优点外，使用它也有一些缺点。

• SEED 加密需要良好的密钥管理，因为加密的安全依赖于密钥的强度和机密性。
• SEED 加密的密钥长度为 128 位，对于某些需要更强加密的应用程序来说可能不足够。
• SEED 加密容易受到侧信道攻击，例如定时和功耗分析。