序列密码技术：线性反馈移位寄存器与钟控序列

本文主要介绍了钟控序列生成器在序列密码中的应用，涉及了序列密码的基本概念、线性反馈移位寄存器、线性移位寄存器的一元多项式表示、伪随机性以及M序列的相关特性。此外，还讨论了同步序列密码的工作原理及其模型。 序列密码是一种重要的密码学技术，它使用密钥生成一系列密钥流，该密钥流与明文按位异或来实现加密。钟控序列生成器是序列密码的一种实现方式，通常基于线性反馈移位寄存器（LFSR）。在该机制中，LFSR1和LFSR2协同工作，LFSR1的输出作为时钟控制信号，决定LFSR2何时移位，从而产生特定的序列{ck}。 线性反馈移位寄存器通过反馈路径上的逻辑门（如与门）来确定下一个状态。当LFSR1输出1时，LFSR2进行一次移位；若LFSR1输出0，则LFSR2保持不变。这样的设计使得钟控序列具有特定的周期性，且可以通过LFSR的初始状态和反馈多项式来控制序列的性质。 线性移位寄存器的一元多项式表示法简化了LFSR的状态转移，使得我们可以用代数方法分析其周期和伪随机性。M序列，也称为m序列，是一种特殊的线性反馈移位寄存器产生的序列，具有良好的伪随机性质，广泛用于密码学中。它们的周期长，且具有自相关性和互相关性的优良特性，使其在安全通信中被广泛应用。 同步序列密码是序列密码的一种类型，其中密钥流zi独立于明文字符，由固定的密钥流产生器和加密变换器两部分组成。这种结构使得加密过程不依赖于明文的历史信息，简化了解密过程。同步序列密码的一个典型例子是滚动密钥生成器，其中密钥流zi和明文xi直接异或得到密文yi，解密时再用同样的密钥流zi还原密文。 自同步序列密码虽然较少被理论分析，但它们的密钥流生成与明文有关，这增加了密码系统的复杂性，同时也可能带来更高的安全性。 在实际应用中，例如欧洲NESSIE工程，它是一个公开征集安全密码算法的项目，其中包括了Lili-12等非线性序列候选算法，这些算法在设计时考虑了抵抗各种攻击策略，提升了密码系统的安全性。 钟控序列生成器是构建序列密码的一种有效手段，而序列密码作为流密码的一种，因其独特的加密机制，被广泛应用于数据保密、网络安全等领域。理解并掌握这些基本概念和技术对于密码学的研究和实践至关重要。