密碼算法在智能卡上的應用發(fā)展綜述

　　摘要：在過去的十年中，智能卡上的計算能力發(fā)展迅速，基于 公鑰的智能卡廣泛應用于各個領域。2001年Borst總結了智 能卡上應用的各種密碼算法以及關于這些算法的攻擊。

　　在過去的十年中，智能卡上的計算能力發(fā)展迅速，基于 公鑰的智能卡廣泛應用于各個領域。2001年Borst總結了智 能卡上應用的各種密碼算法以及關于這些算法的攻擊。從那以后，關于密碼算法的各種攻擊也越來越多，其中比較著名 的有對于MD5和SHA一1的攻擊以及其他對哈希函數的攻 擊。另外不太為人注意的還有，對于像A5/l(應用于GSM 中) 和EO(應用于藍牙中)這樣的流密碼分析技術也取得了不小 的進步。在分組密碼方面，AES的采用一定程度上保證了安 全性。公鑰密碼方面，RSA的安全填充技術也成為一個研究 熱點。

1 消息認證碼

　　消息認證碼實際上是對消息本身產生的一個冗余的信 息，消息認證碼是利用密鑰對要認證的消息產生新的數據塊 并對數據塊加密生成的，它對于要保護的信息來說是一一對 應的。因此消息認證碼可以有效保證消息的完整性，以及實現(xiàn)發(fā)送方消息的不可抵賴和不可偽造。消息認證碼的安全性主要取決于兩點：首先，采用的加密算法，即所謂的數字簽名;其次，是待加密的數據塊的生成方法。

　　消息認證碼不支持可逆性，是多對一的函數，其定義域由任意長的消息組成，而值域是由遠小于消息長度的比特串構成。從理論上來說，一定存在不同的消息產生相同的認證碼，因此必須找到一種足夠單向和強碰撞自由性的方法才是安全的。

　　而對于消息認證碼的主要攻擊目標也是找到一對或者多對碰撞消息。對于現(xiàn)有的攻擊方法，有些可以攻擊任意類型的哈希方案，有些只針對特定的哈希方案。自從2004年MD5算法被攻破以后，SHA也面臨被攻破的危險。因此，尋找一種足夠安全的單向哈希函數已經成為當務之急，消息認證碼的實現(xiàn)也會隨之改變。

2 分組密碼

　　分組密碼在密碼領域廣泛使用，除了本身的幾種工作模式之外，它可以用來構建MAC，也可以用來構建哈希函數、偽隨機函數等等。分組密碼具有速度快、易于標準化和便于軟硬件實現(xiàn)等特點，通常是信息域網絡安全中實現(xiàn)數據加密、數字簽名、認證及密鑰管理的核心體制，它在計算機通信和信息系統(tǒng)安全領域中有著最廣泛的應用。

　　第一個廣泛使用的分組密碼算法是DES算法。DES自1977年公布后得到了許多組織、部門的使用，各國的密碼學工作者也對它進行了深入的分析，它是迄今為止使用最廣泛和最成功的分組密碼。DES的輪函數采用Feistel網絡，8個s盒，擴充、壓縮置換、塊置換。其算法簡潔、快速且加解密相似。但一個明顯的缺陷是s盒為黑盒，因此公眾長久地抱怨并懷疑它設有陷門。早期的迭代分組密碼設計主要圍繞DES進行，后來在此基礎上有很大的發(fā)展，出現(xiàn)了眾多的Feistel型密碼，DES的設計至今仍閃爍著人類設計思想的精華，其結構和部件仍在被后人效仿。但是它的密鑰長度太短，僅為56比特，已經不能抵抗窮盡密鑰搜索攻擊。

　　對DES的成功破譯迫使人們重新設計密碼算法。IDEA是X.Lai和J.L.Massey于1990年發(fā)表的，當時稱為PES，1992年改名為IDEA。IDEA是第一個不使用Feistel網絡的分組密碼。IDEA的安全性設計思想是：采用同一明文空間上的三個不同的群運算，使隱蔽、混淆和擴散融為一體。IDEA是分組密碼的杰出代表，開創(chuàng)了新的一類設計風格。但是IDEA存在大量的弱密鑰，這與其密鑰拓展算法只是線性變換有關，這點也表明需要對其密鑰拓展算法重新設計。此后出現(xiàn)的NEA也是一種IDEA型的密碼。

　　Rijndael是AES活動的最終勝利者，現(xiàn)已替代DES成為美國新的加密標準。Rijndael輪函數的設計基于寬軌跡策略，這種設計策略是針對差分密碼分析和線性密碼分析制定的，主要包括兩個設計準則：首先，選擇差分均勻性比較小和非線性度比較高的s盒;其次，適當選擇線性變換，使得固定輪數巾的活動S盒的個數盡可能多。如果差分特征(或線性逼近)中某一輪的活動s盒的個數比較少，那么下一輪中的活動s盒的個數就必須要多一些。寬軌跡策略的最大優(yōu)點是可以估計算法的最大差分特征概率和最大線性逼近概率，由此可以評估算法抵抗差分密碼分析和線性密碼分析的能力。繼美國征集AES的活動之后，歐洲在2000年3月啟動了NESS1E大計劃，目的是為了推出一系列的安全的密碼模塊，保持歐洲在密碼研究領域的領先地位并增強密碼在歐洲工業(yè)中的應用 作為歐洲新一代的加密標準，Camellia算法具有較強的安全性，能夠抵抗差分和線性密碼分析等已知的攻擊。與AES相比，Camellia算法在各種軟硬件平臺上表現(xiàn)出與之相當的加密速度。除了在各種軟件和硬件平臺上的高效性這一顯著特點外，它的另外一個特點是針對小規(guī)模硬件平臺的設計。