CN102136904A - 一种基于分组密码的消息鉴别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于分组密码的消息鉴别方法，步骤包括：1)通信双方约定分组密码E和密钥K；2)发送方将消息M分块，得到M₁，M₂，…，M_L-1，M_L；3)发送方选择辅助量I，以n比特的常数为初始向量，以CBC-MAC方式处理I，得到秘密值X；4)发送方以X为初始向量，以CBC-MAC方式处理M₁M₂…M_L-1构成的比特串，得到值Y；5)对Y进行循环移位操作，得到值Z；6)发送方使用分组密码E，以K为密钥，Z为明文进行加密，得密文T，将I，M，T发送给接收方；7)接收方重复操作步骤2)至6)得密文T’；8)验证是否T’＝T，是则接受；否则拒绝。本方法能够在保证安全认证消息的前提下，进一步有效利用通信中的相关参数，保护数据的完整性，提高通信的效率。

Description

一种基于分组密码的消息鉴别方法

技术领域

本发明主要应用于通信领域，具体涉及一种基于分组密码的消息鉴别方法，用于实现通讯中检测数据完整性和认证数据起源。

背景技术

数据的完整性检测和起源认证是影响通信安全的重要方面，常见的保护措施包括消息鉴别码和数字签名。

消息鉴别码MAC(Message Authentication Code)属于对称加密的范畴，要求使用双方首先共享一个密钥K。在发送消息M之前，发送者首先计算T＝MAC(K，M)，然后把(M，T)发送出去。在收到(M，T)之后，接收者计算T’＝MAC(K，M)，并比较是否T＝T’。若是，则认定消息M合法(M在传输过程中没有被篡改，且确实来自于授权的发送方)；若否，则认定消息M非法，并拒绝使用消息M。

常见的消息鉴别码算法有四大类，前三类分别基于分组密码、杂凑函数和泛杂凑函数，第四类是直接设计的算法。在基于分组密码的消息鉴别码算法中，CBC-MAC是最早的一个，其基本结构如图1，以IV为初始向量，使用分组密码E以分块方式处理消息M。

但是，CBC-MAC有一个缺陷，它不能够安全地处理不同长度的消息。为此，人们后来提出了不少改进版本，如EMAC、XCBC、TMAC、OMAC、PMAC、GCBC、XOR-MAC等等。这些后续方法，都能够安全地处理不同长度的消息，但在效率方面(密钥量、内存、状态量依赖、调用分组密码次数等)各有差异。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于分组密码的改进的消息鉴别方法，该方法能够安全地处理不同长度的消息，并且通过合理地使用参数，进一步提高通信的性能。

为了实现本发明的目的，采用的技术方案概述如下：

一种基于分组密码的消息鉴别方法，其步骤包括：

1)通信双方约定分组密码E和密钥K；

2)发送方将消息M分块，得到M₁，M₂，...，M_L-1，M_L，M_i的长度为n比特，且1≤i≤L-1，M_L的长度不超过n比特，且M₁M₂...M_L相连接所得到的比特串为M；

3)发送方选择辅助量I，以长度为n比特的常数为初始向量，使用分组密码E以CBC-MAC方式处理I，得到秘密值X；

4)发送方以秘密值X为初始向量，使用分组密码E以CBC-MAC方式处理M₁M₂...M_L-1所构成的比特串，得到值Y；

5)对Y进行循环移位操作，得到链接值Z；

6)发送方使用分组密码E，以K为密钥，Z为明文进行加密，所得密文为T，发送给接收方；

7)接收方重复操作步骤2)至6)得到密文T’；

8)接收方验证是否T’＝T，若是，则接受消息M和辅助量I；否则，则拒绝。

所述步骤2)若消息M的长度不超过n比特，则M₁，M₂，...，M_L-1为空字符串，M_L＝M。

所述步骤3)消息的辅助量I，其内容为伴随消息M发送的相关信息，比如说发送消息M时所使用的网络协议的参数，或者是发送方的名字，发送的日期，或者为一个常数。

所述步骤3)以CBC-MAC方式处理I，需要在处理I之前对辅助量I进行填充，使得其填充后的总长度为wn比特，w为固定的正整数。

所述步骤3)长度为n比特的常数为长度为n的比特串，且固定不变。

所述步骤3)以CBC-MAC方式处理I，需要将辅助量I分块，得到I₁，I₂，...，I_w，I_i的长度为n比特，且1≤i≤w，且I₁I₂...I_w相连接所得到的比特串为填充后的辅助量I。

所述步骤5)若M_L的长度恰好为n比特，则先将Y和M_L相异或，再将所得的比特串循环左移p位，其中p为正整数；

若M_L的长度不足n比特，则填充M_L使得其长度为n比特，再将Y和M_L相异或，再将所得的比特串循环左移q位，其中q为正整数且q≠p。

与现有技术相比，本发明基于分组密码的消息鉴别方法具有如下技术效果：

1)能够保护数据的完整性，有效识别消息在传输过程中是否被篡改；

2)能够认证消息是否来自于授权的发送方；

3)使用与消息相关的辅助量作为参数，保证算法安全的同时便利了算法的运行；

4)结构简明清晰。

附图说明

图1为使用分组密码E的CBC-MAC处理消息的结构图；

图2为本发明方法处理消息的结构图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的方法作详细的说明。

本发明基于分组密码算法，前提是需要通信双方约定具体的分组密码算法E，并共享密钥K。在此基础上，如图2所示，消息发送者S首先处理辅助量I，再处理消息M，并将得到的标签T连同M和I发送给消息接收方R。本发明基于分组密码的消息鉴别方法，其步骤包括两个阶段：

首先通信双方S和R共享密钥K，并约定分组密码算法E。

标签生成阶段(发送者S操作)：

1.1)为发送消息M和辅助量I，首先对I进行填充使得其填充后的总长度为n比特的w倍(w为某一固定的正整数，且wn不小于所有I的长度，n为分组密码的分组长度)；若I的长度为wn比特，则不填充；

1.2)将消息M分块，得到M₁，M₂，...，M_L-1，M_L，满足M_i的长度为n比特(1≤i≤L-1)，M_L的长度不超过n比特，且M₁M₂...M_L相连接所得到的比特串恰好为M；

1.3)以一个n比特的常数Cst为初始向量，使用分组密码E以CBC-MAC方式处理填充后的I，得到X；具体如下：

$X=E(K,\mathrm{Cst}\⊕I_1);$

For i＝1 to w

$X=E(K,X\⊕I_i)$

End for

1.4)以X为初始向量，使用分组密码E以CBC-MAC方式处理M₁M₂...M_L-1所构成的比特串，得到Y；具体如下：

$Y=E(K,X\⊕M_1)$

For i＝2 to L-1

$Y=E(K,Y\⊕M_i)$

End for

1.5)若M_L的长度恰好为n比特，则令其中p为正整数；

1.6)若M_L的长度不足n比特，则填充M_L使得其长度为n比特，再令

其中q为正整数且q≠p；

1.7)计算T＝E(K，Z)；

1.8)将(I，M，T)发送给R。

标签发送阶段(接受者R操作)：

2.1)在收到(I，M，T)之后，为鉴别消息M和辅助量I，R首先重复操作步骤1.1至1.6；

2.2)计算T’＝E(K，Z)；

2.3)R验证是否T’＝T。若是，则接受消息M和辅助量I；否则，则拒绝。

所述步骤11)辅助量I的内容可根据通信中实际情况灵活调整，比如说可以是发送消息M时所使用的网络协议的参数，也可以是一些其它便利通信的内容，或者为一个常数。

进一步，填充I的方法应该使得人们容易地在填充后的比特串中辨认I和填充部分。比如说，在I的右侧首先添加一个“1”，然后添加足够少的“0”使得填充后的比特串长度为n比特的整数倍

所述步骤1.2)若消息M的长度不超过n比特，则M₁，M₂，...，M_L-1为空字符串，M_L＝M。

所述步骤1.3)Cst表示长度为n的常数比特串，可以选择为长度为n的全0比特串。

进一步，“使用分组密码E以CBC-MAC方式”是指以E为底层分组密码的CBC-MAC。

所述步骤1.4)“使用分组密码E以CBC-MAC方式”是指以E为底层分组密码的CBC-MAC。

所述步骤1.5)表示先将Y和M_L相异或，再将所得的比特串循环左移p位。

所述步骤1.6)填充方法与11步骤相同。

所述步骤1.7)T＝E(K，Z)表示使用分组密码E，以K为密钥，Z为明文加密，所得密文为T。

所述步骤2.2)T’＝E(K，Z)表示使用分组密码E，以K为密钥，Z为明文进行加密，所得密文为T’。

上面对本发明所述的一种基于分组密码的消息鉴别方法进行了详细的说明，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于分组密码的消息鉴别方法，其步骤包括：

1)通信双方约定分组密码E和密钥K；

2)发送方将消息M分块，得到M₁，M₂，...，M_L-1，M_L，M_i的长度为n比特，且1≤i≤L-1，M_L的长度不超过n比特，且M₁M₂...M_L相连接所得到的比特串为M，n为分组密码的分组长度；

3)发送方选择辅助量I，以长度为n比特的常数为初始向量，使用分组密码E以CBC-MAC方式处理I，得到秘密值X；

4)发送方以秘密值X为初始向量，使用分组密码E以CBC-MAC方式处理M₁M₂...M_L-1所构成的比特串，得到值Y；

5)对Y进行循环移位操作，得到链接值Z；

6)发送方使用分组密码E，以K为密钥，Z作为明文进行加密，所得密文为T，将I，M，T发送给接收方；

7)接收方为鉴别消息M和辅助量I，重复操作步骤2)至6)得到密文T’；

8)接收方验证是否T’＝T，若是，则接受消息M和辅助量I；否则，则拒绝。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)若消息M的长度不超过n比特，则M₁，M₂，...，M_L-1为空字符串，M_L＝M。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)辅助量I的内容为伴随消息M发送的相关信息，所述相关信息为发送消息M时所使用的网络协议的参数，或者是发送方的名字，或者是发送的日期，或者为一个常数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以CBC-MAC方式处理I，需要在处理I之前对辅助量I进行填充，使得其填充后的总长度为wn比特，w为固定的正整数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)长度为n比特的常数为长度为n的比特串，且固定不变。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3)以CBC-MAC方式处理I，需要将辅助量I分块，得到I₁，I₂，...，I_w，I_i的长度为n比特，且1≤i≤w，且I₁I₂...I_w相连接所得到的比特串为填充后的辅助量I。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5)若M_L的长度恰好为n比特，则先将Y和M_L相异或，再将所得的比特串循环左移p位，其中p为正整数；

若M_L的长度不足n比特，则填充M_L使得其长度为n比特，再将Y和M_L相异或，再将所得的比特串循环左移q位，其中q为正整数且q≠p。

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