序列密码详解：线性与非线性移位寄存器

"流密码，也称为序列密码，是一种加密技术，主要出现在《现代密码学》的第二章中。这种密码学方法通过密钥k生成一个连续的密钥流z，用于加密明文串x，形成密文串y。每个明文字符x_i通过与密钥流中的对应字符z_i进行加密操作E来转换。解密过程则是用密钥流的相应部分z_i通过解密变换D来恢复明文。流密码分为同步序列密码和自同步序列密码，其中同步序列密码的密钥流zi不依赖于明文字符，使得加密和解密过程更为明确。" 在深入讨论流密码之前，我们先了解序列密码的基本概念。序列密码是密码学的一种类型，它生成一个无穷的密钥流，该密钥流与明文逐位进行异或操作，实现加密。密钥流由密钥流发生器f产生，其函数f依赖于密钥k和加密器内部的状态σi。例如，如果明文“rendezvous”对应的整数序列为17413342521142018，而密钥流为81741334252114，那么通过逐位异或，我们可以得到密文“zvrqhdujim”。 同步序列密码是最常见的流密码类型，其中zi=f(k,σi)与明文字符xi无关。这意味着密钥流zi的产生不依赖于当前或过去的明文字符，从而简化了加密和解密过程。加密器可以被划分为两部分：密钥流生成器和加密变换器。解密器则对应有解密变换，使得解密过程能够正确地恢复原始明文。 对于同步序列密码的模型，通常有一个滚动密钥生成器，它持续产生密钥流，而加密和解密过程分别由E和D表示。当加密时，明文字符x通过E和密钥流z_i变成密文字符y_i；解密时，密文字符y_i通过D和相应的z_i恢复为x_i。 线性反馈移位寄存器（LFSR）是序列密码中常用的一种构造，它基于一元多项式表示的线性移位寄存器。m序列是LFSR的一个重要结果，它具有良好的伪随机性质，广泛应用于密码学。然而，m序列也存在一定的弱点，可以被特定的攻击方法所破解。为了提高安全性，非线性序列被引入，以增加密码系统的复杂性和抗攻击能力。 欧洲NESSIE工程是一个重要的密码学项目，旨在征集和评估密码算法，其中包括Lili-128作为候选的流密码算法。这个工程促进了密码学研究的发展，并推动了新型安全算法的设计。 流密码序列密码是一种重要的加密机制，其安全性、效率和灵活性使其在现代通信和数据保护中占据重要地位。随着技术的进步，不断有新的序列密码设计和分析方法出现，以应对日益复杂的网络安全挑战。