專利名稱：改進(jìn)的cfm模式系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及分組密碼系統(tǒng)，尤其涉及CFM模式下的分組密碼系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域內(nèi)，分組密碼是公知技術(shù)，在密碼反饋模式(CFM)下使用分組密碼也是公知技術(shù)，CFM也被稱為密碼反饋(CFB)模式。CFM模式最初被定義為公知DES系統(tǒng)的一種操作模式，例如，參見下列參考文獻(xiàn)1、NIST，F(xiàn)IPS Publication81DES Modes of Operation，1980，可通過csrc.nist.gov/publications/fips/fips8 1/fips8 1.htm網(wǎng)址得到。
2、ANSI，American National Standard X3.106-1983(R1966)DataEncryption Algorithm，Modes of Operations for the，1983。
關(guān)于CFM模式的簡(jiǎn)要描述可以在以下網(wǎng)頁中找到www.rsasecurity.corn/rsalabs/faq/2-1-4-4.html以上提及以及貫穿本說明書的參考文獻(xiàn)并入此處，作為參考。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明試圖專門為數(shù)字內(nèi)容的加密和解密提供一種改進(jìn)的分組密碼系統(tǒng)，其具體用于、但不限于基于硬件的加密和解密。
通常情況下，對(duì)數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行加密和解密的設(shè)備必須對(duì)數(shù)據(jù)既進(jìn)行加密還進(jìn)行解密。優(yōu)選情況下，為了簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)和降低硬件的邏輯門數(shù)量，本發(fā)明的發(fā)明者認(rèn)為應(yīng)該優(yōu)選滿足下列要求
1、在硬件中應(yīng)該優(yōu)選提供只用于一個(gè)方向分組密碼的加密引擎。
2、待加密/解密的數(shù)據(jù)(在這里稱為“數(shù)據(jù)”)包括多個(gè)數(shù)據(jù)包，一個(gè)數(shù)據(jù)包的加密/解密一定不能同之前的任一數(shù)據(jù)包或多個(gè)數(shù)據(jù)包相關(guān)。換言之，在解密中，一個(gè)數(shù)據(jù)包和另一個(gè)數(shù)據(jù)包之間禁止存在任何“鏈接(chaining)”。禁止“鏈接”的典型原因在于，待解密的物理流通常由多個(gè)邏輯流復(fù)用而成，所以必須獨(dú)立地為每個(gè)邏輯流存儲(chǔ)和管理任何“鏈接”信息。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，應(yīng)該避免如此“沉重的”要求。
3、與到達(dá)的數(shù)據(jù)包相比，加密/解密密鑰很少發(fā)生改變，因此，很多數(shù)據(jù)包使用相同的密鑰進(jìn)行加密。
4、數(shù)據(jù)包的加密和解密應(yīng)該在一個(gè)通道(pass)中執(zhí)行。
5、數(shù)據(jù)包中的某些比特一定不能受到加密和解密的影響。也就是說，某些比特必須保持“處于干凈狀態(tài)(in the clear)”；在這里，必須保持處于干凈狀態(tài)的比特、字節(jié)或數(shù)據(jù)也被稱作“必須保持在干凈狀態(tài)”或“MSC”的比特、字節(jié)或數(shù)據(jù)。要求某些比特不受加密和解密影響的原因在于，為了即使在解密之前也能獲得一些關(guān)于在干凈狀態(tài)下可用的數(shù)據(jù)流的信息。例如、但不限制前面所述的普遍性，在一個(gè)MPEG-2傳輸流中，每個(gè)數(shù)據(jù)包的前4個(gè)字節(jié)保持處于干凈狀態(tài)；這4個(gè)字節(jié)提供以下信息信號(hào)分離所需的信息；關(guān)于數(shù)據(jù)包是不是被加密的信息；如果數(shù)據(jù)包被加密，則是關(guān)于數(shù)據(jù)包是用奇數(shù)還是偶數(shù)密鑰進(jìn)行加密的信息；以及其他本領(lǐng)域公知的其他信息。在一些數(shù)據(jù)包中，包頭顯示，該數(shù)據(jù)包的開始部分是“適應(yīng)字段”，其為接收者提供其他一些必要信息，此類信息也必須始終處于干凈狀態(tài)。可選地，廣播公司可以選擇將處于干凈狀態(tài)下的視頻信息的偶數(shù)部分進(jìn)行發(fā)送，例如，以使個(gè)人視頻錄像機(jī)系統(tǒng)中的搜索更容易。
現(xiàn)有技術(shù)的加密系統(tǒng)僅部分地滿足上述要求，特別是，沒有滿足第一條要求。


圖1A和1B是工作在CFM模式下的現(xiàn)有技術(shù)分組密碼系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。圖1A示出了加密，而圖1B示出了解密。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，如果沒有第四條要求，則可以在CFM模式下使用任何適合的分組密碼C0＝IVCi＝Ek(Ci-1)XOR Pi其中，0＜i≤所處理的分組的數(shù)量。
其中，Pi、Ci分別是明文和密文的第i個(gè)分組，E是任意一個(gè)適當(dāng)?shù)姆纸M模式密碼，K是密鑰，IV是初始值，其可選地包括一個(gè)公知的初始值。
相應(yīng)的解密方法是C0＝IVPi＝Ek(Ci-1)XOR Ci其中，0＜i＜所處理的分組的數(shù)量。
在本領(lǐng)域公知的是，在CFM模式下，可以將分組密碼當(dāng)作流密碼使用，所以數(shù)據(jù)處理可以基于逐個(gè)字節(jié)地、或者逐個(gè)比特地進(jìn)行，而不是基于逐個(gè)分組地進(jìn)行。
本發(fā)明在其優(yōu)選實(shí)施例中提供了改進(jìn)的分組密碼系統(tǒng)，可以更好地滿足上面提到的要求。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，提供了一種使用分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)明文分組生成至少一個(gè)密文分組的方法。該方法包括接收n個(gè)明文分組，其中n是大于0的整數(shù)；設(shè)置Q0等于一個(gè)初始值；對(duì)于n個(gè)明文分組中的每個(gè)明文分組，計(jì)算Qi＝Ek(Qi-1)XOR Pi和計(jì)算Ci＝M(Pi，Qi)，從而生成n個(gè)密文分組；其中0＜i＜＝n，Pi表示n個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示n個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，M是一個(gè)選擇函數(shù)，對(duì)于分組Ci中的每一個(gè)比特Cij，如果不對(duì)比特Pij進(jìn)行加密，則選擇M的第一個(gè)自變量，如果要對(duì)比特Pij進(jìn)行加密，則選擇M的第二個(gè)自變量。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，根據(jù)一個(gè)指明不對(duì)哪些比特進(jìn)行加密的標(biāo)準(zhǔn)，選擇M。
再者，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該標(biāo)準(zhǔn)包括音頻標(biāo)準(zhǔn)、視頻標(biāo)準(zhǔn)和音頻-視頻標(biāo)準(zhǔn)中之一。
另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該標(biāo)準(zhǔn)包括MPEG-2。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，還提供了一種使用分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)明文分組生成至少一個(gè)密文分組的方法，該方法包括接收n個(gè)明文分組和一個(gè)初始值IV，其中n是大于0的整數(shù)；計(jì)算IV′＝M(P1，IV)；計(jì)算Q0＝H(IV′)；對(duì)于這n個(gè)明文分組中的每個(gè)明文分組，計(jì)算Qi＝Ek(Qi-1)XOR Pi和計(jì)算Ci＝M(Pi，Qi)從而生成n個(gè)密文分組；其中，0＜i＜＝n，H是一個(gè)hash函數(shù)，Pi表示這n個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示這n個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，M是一個(gè)選擇函數(shù)，對(duì)于分組Ci中的每一個(gè)比特Cij，如果不對(duì)比特Pij進(jìn)行加密，則選擇M的第一個(gè)自變量，如果要對(duì)Pij進(jìn)行加密，則選擇M的第二個(gè)自變量。
另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，H包括SHA1。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，H(IV′)包括Ek(IV′)XOR IV′。
再者，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，根據(jù)一個(gè)指明不對(duì)哪些比特進(jìn)行加密的標(biāo)準(zhǔn)，選擇M。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該標(biāo)準(zhǔn)包括音頻標(biāo)準(zhǔn)、視頻標(biāo)準(zhǔn)和音頻-視頻標(biāo)準(zhǔn)中之一。
另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該標(biāo)準(zhǔn)包括MPEG-2。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在一種使用流模式下的分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)明文分組生成至少一個(gè)密文分組的方法中，其中Pi表示第i個(gè)明文分組，Ci表示第i個(gè)密文分組，一種改進(jìn)包括對(duì)于分組Ci中的每個(gè)比特Cij，如果不對(duì)比特Pij進(jìn)行加密，則選擇Pij作為輸出。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該流模式包括CFM模式。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，還提供了一種使用分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)明文分組生成至少一個(gè)密文分組的裝置，所述至少一個(gè)明文分組包括n個(gè)明文分組，所述至少一個(gè)密文分組包括n個(gè)密文分組，其中n是大于0的整數(shù)。該裝置包括一個(gè)初始化單元，用于設(shè)置Q等于一個(gè)初始值；以及一個(gè)計(jì)算單元，對(duì)于這n個(gè)明文分組中的每個(gè)明文分組，計(jì)算Qi＝Ek(Qi-1)XOR Pi和計(jì)算Ci＝M(Pi，Qi)；其中，0＜i＜＝n，Pi表示這n個(gè)明文分組中第i個(gè)明文分組，Ci表示這n個(gè)密文分組中第i個(gè)密文分組，M是一個(gè)選擇函數(shù)，對(duì)于分組Ci中的每一個(gè)比特Cij，如果不對(duì)比特Pij進(jìn)行加密，則選擇M的第一個(gè)自變量，如果要對(duì)Pij進(jìn)行加密，則選擇M的第二個(gè)自變量。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，還提供了一種使用分組密碼E、密鑰K和初始值IV從至少一個(gè)明文分組生成至少一個(gè)密文分組的裝置，所述至少一個(gè)明文分組包括n個(gè)明文分組，所述至少一個(gè)密文分組包括n個(gè)密文分組，其中n是大于0的整數(shù)。該裝置包括第一計(jì)算單元，用于計(jì)算IV′＝M(P1，IV)；第二計(jì)算單元，用于計(jì)算Q0＝H(IV′)；以及第三計(jì)算單元，對(duì)于這n個(gè)明文分組中每個(gè)明文分組，計(jì)算Qi＝Ek(Qi-1)XOR Pi和計(jì)算Ci＝M(Pi，Qi)其中，0＜i＜＝n，H是一個(gè)hash函數(shù)，Pi表示這n個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示這n個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，M是一個(gè)選擇函數(shù)，對(duì)于分組Ci中的每一個(gè)比特Cij如果不對(duì)比特Pij進(jìn)行加密，則選擇M的第一個(gè)自變量，如果要對(duì)Pij進(jìn)行加密，則選擇M的第二個(gè)自變量。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在使用流模式下的分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)明文分組生成至少一個(gè)密文分組的裝置中，其中Pi表示第i個(gè)明文分組，Ci表示第i個(gè)密文分組，一種改進(jìn)包括一個(gè)選擇單元，對(duì)于分組Ci中的每一比特Cij，如果不對(duì)比特Pij進(jìn)行加密，則選擇Pij作為輸出。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，還提供了一種使用分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)已加密的密文分組生成至少一個(gè)明文分組的方法。該方法包括接收n個(gè)密文分組，其中n是大于0的整數(shù)；設(shè)置Q0等于一個(gè)初始值；對(duì)于這n個(gè)密文分組中的每個(gè)密文分組，計(jì)算Qi′＝Ek(Qi-1)XOR Ci，計(jì)算Pi＝M(Ci，Qi′)，以及計(jì)算Qi＝M(Qi′，Ci)，從而生成n個(gè)明文分組；其中0＜i＜＝n，Pi表示這n個(gè)明文分組中第i個(gè)明文分組，Ci表示這n個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，M是一個(gè)選擇函數(shù)，對(duì)于分組Ci中的每一比特Cij，如果比特Pij沒有被加密，則選擇M的第一個(gè)自變量，如果Pij是加密的，則選擇M的第二個(gè)自變量。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，根據(jù)一個(gè)指明哪些比特沒有被加密的標(biāo)準(zhǔn)，選擇函數(shù)M。
再者，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該標(biāo)準(zhǔn)包括音頻標(biāo)準(zhǔn)、視頻標(biāo)準(zhǔn)和音頻-視頻標(biāo)準(zhǔn)中之一。
另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該標(biāo)準(zhǔn)包括MPEG-2。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，還提供了一種使用分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)密文分組生成至少一個(gè)明文分組的方法，該方法包括接收n個(gè)密文分組和一個(gè)初始值IV，其中n是大于0的整數(shù)；計(jì)算IV′＝M(P1，IV)；計(jì)算Q0＝H(IV′)；對(duì)于這n個(gè)密文分組中的每一個(gè)密文分組，計(jì)算Qi′＝Ek(Qi-1)XOR Ci，計(jì)算Pi＝M(Ci，Qi′)以及計(jì)算Qi＝M(Qi′，Ci)，從而生成n個(gè)明文分組；其中0＜i＜＝n，H是一個(gè)hash函數(shù)，Pi表示這n個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示這n個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，M是一個(gè)選擇函數(shù)，對(duì)于分組Ci中的每一比特Cij，如果比特Pij沒有被加密，則選擇M的第一個(gè)自變量，如果Pij是加密的，則選擇M的第二個(gè)自變量。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，H包括SHA1。
另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，H(IV′)包括Ek(IV′)XOR IV′。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，根據(jù)一個(gè)指明哪些比特沒有被加密的標(biāo)準(zhǔn)，選擇M。
再者，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該標(biāo)準(zhǔn)包括音頻標(biāo)準(zhǔn)、視頻標(biāo)準(zhǔn)和音頻-視頻標(biāo)準(zhǔn)中之一。
另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該標(biāo)準(zhǔn)包括MPEG-2。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在一種使用流模式下的分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)密文分組生成至少一個(gè)明文分組的方法中，其中Pi表示這多個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示這多個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，一種改進(jìn)包括對(duì)于分組Pi中的每一比特Pij，如果比特Cij沒有被加密，那么選擇Cij作為輸出。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該流模式包括CFM模式。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，還提供了一種使用分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)已加密的密文分組生成至少一個(gè)明文分組的裝置，所述至少一個(gè)密文分組包括n個(gè)密文分組，所述至少一個(gè)明文分組包括n個(gè)明文分組，其中n是大于0的整數(shù)，該裝置包括初始化裝置，用于設(shè)置Q等于一個(gè)初始值；以及計(jì)算單元，對(duì)于這n個(gè)密文分組中的每個(gè)密文分組，計(jì)算Qi′＝Ek(Qi-1)XOR Ci，計(jì)算Pi＝M(Ci，Qi′)，以及計(jì)算Qi＝M(Qi′，Ci)其中，0＜i＜＝n，Pi表示這n個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示這n個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，M是一個(gè)選擇函數(shù)，對(duì)于分組Ci中的每一比特Cij，如果比特Pij沒有被加密，則選擇M的第一個(gè)自變量，如果Pij是加密的，則選擇M的第二個(gè)自變量。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，還提供了一種使用分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)密文分組生成至少一個(gè)明文分組的裝置，所述至少一個(gè)密文分組包括n個(gè)密文分組，所述至少一個(gè)明文分組包括n個(gè)明文分組，其中n是大于0的整數(shù)，該裝置包括第一計(jì)算單元，用于計(jì)算IV′＝M(P1，IV)；第二計(jì)算單元，用于計(jì)算Q0＝H(IV′)；以及第三計(jì)算單元，對(duì)于這n個(gè)密文分組中的每個(gè)密文分組，計(jì)算Qi′＝Ek(Qi-1)XOR Ci，計(jì)算Pi＝M(Ci，Qi′)，以及計(jì)算Qi＝M(Qi′，Ci)；其中，0＜i＜＝n，H是一個(gè)hash函數(shù)，Pi表示這n個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示這n個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，M是一個(gè)選擇函數(shù)，對(duì)于分組Ci中的每一比特Cij，如果比特Pij沒有被加密，則選擇M的第一個(gè)自變量，如果比特Pij是加密的，則選擇M的第二個(gè)自變量。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在使用流模式下的分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)密文分組生成至少一個(gè)明文分組的裝置中，其中Pi表示多個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示多個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，一種改進(jìn)包括一個(gè)選擇單元，對(duì)于分組Pi中的每一比特Pij，如果比特Cij沒有被加密，則選擇Cij作為輸出。
附圖簡(jiǎn)述通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，可以更充分地理解和認(rèn)識(shí)本發(fā)明圖1A和1B是工作在CFM模式下的現(xiàn)有技術(shù)分組密碼系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖；圖2A和2B是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造和工作的分組密碼系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖；以及圖3A和3B是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造和工作的分組密碼系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，提供了一種主要基于CFM的分組密碼系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)以滿足前面提到的第四條要求。該改進(jìn)優(yōu)選如下Q0＝IVQi＝Ek(Qi-1)XOR PiCi＝M(Pi，Qi)其中，0＜i＜＝所處理的分組數(shù)量，對(duì)于分組Ci中的每一比特Cij，函數(shù)M根據(jù)是否應(yīng)當(dāng)對(duì)明文中的當(dāng)前比特進(jìn)行加密，在第一個(gè)自變量(本例中為Pij)和第二個(gè)自變量(本例中為Qij)之間做出選擇。對(duì)于比特Cij，函數(shù)M(這里稱之為“選擇函數(shù)”，在本領(lǐng)域內(nèi)也被稱為復(fù)用器)的結(jié)果可能取決于明文中前面的所有分組以及當(dāng)前分組Ci中沒有被加密的明文的前面比特。
應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)指明應(yīng)該對(duì)哪些比特進(jìn)行加密或不應(yīng)對(duì)哪些比特進(jìn)行加密的操作需要，選擇函數(shù)M，下面還將參照?qǐng)D2A、2B、3A和3B對(duì)此進(jìn)行更加詳細(xì)的說明。
相應(yīng)的解密方法為Q0＝IVQi′＝Ek(Qi-1)XOR CiPi＝M(Ci，Qi′)Qi＝M(Qi′，Ci)其中，0＜i＜＝所處理的分組的數(shù)量。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，與分組密碼的常規(guī)使用相比，第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例存在如下所述的一個(gè)缺點(diǎn)。對(duì)于所有用同一個(gè)密鑰K加密的數(shù)據(jù)包，第一個(gè)分組P1將會(huì)用具有相同填充數(shù)(pad)EK(IV)的XOR運(yùn)算進(jìn)行加密，這種方法是不安全的。更為一般的是，如果有多個(gè)數(shù)據(jù)包，它們的前n個(gè)分組完全相同，第(n+1)個(gè)分組不相同，那么，在第(n+1)個(gè)分組之前，這些數(shù)據(jù)包的XOR填充數(shù)完全相同，從第(n+2)個(gè)分組開始才不相同。
不過，在一些情況下，如果非法用戶很容易地解密一小部分內(nèi)容不太重要，并且在數(shù)據(jù)包之間存在很多變化，就像在視頻流和音頻流中那樣，那么，上面指出的缺點(diǎn)是可以容忍的。
不限制前面所述的普遍性，現(xiàn)在考慮MPEG傳輸流這一特別情況，例如MPEG-2(就像ISO/IEC13818-1 Information technology-Generic coding of moving pictures and associated audio informationSystems中所描述的那樣)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，MPEG-2只是一個(gè)例子，而不具有限制性意味。
圖2A和2B是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造和工作的分組密碼系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，它們示出了在MPEG-2系統(tǒng)中使用的本發(fā)明第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的特別情況。圖2A示出了加密，而圖2B示出了解密。參考上下文的說明，圖2A和2B是顯而易見的。
在MPEG-2中，每個(gè)傳輸包包括188個(gè)字節(jié)，前4個(gè)字節(jié)(字節(jié)0-3)包括包頭。這前4個(gè)字節(jié)總是MSC字節(jié)，必須保持處于干凈狀態(tài)。在MPEG-2技術(shù)領(lǐng)域中所公知的是，根據(jù)這些字節(jié)中的一個(gè)比特，在包頭后面有可能緊接著一個(gè)附加的適應(yīng)字段，該適應(yīng)字段也必須保持在干凈狀態(tài)(MSC)，在這樣一個(gè)例子中，字節(jié)4包含該適應(yīng)字段的長(zhǎng)度。應(yīng)該將數(shù)據(jù)包的剩余部分進(jìn)行加密/解密。
例如，如果將公知技術(shù)AES(FIPS Publication 197，November26，2001，Announcing the Advanced Encryption Standard(AES)對(duì)其進(jìn)行了描述，網(wǎng)址是atcsrc.nist.gov/publications/flps/tipsl97/fips-197.pdf)用作分組密碼(具有16字節(jié)的分組)，那么，每個(gè)數(shù)據(jù)包可以在前4個(gè)字節(jié)之前填充一個(gè)4字節(jié)的IV(有可能是公知的)，除16字節(jié)IVC0之外，還有該IV。
加密之后，丟棄C1的前4個(gè)字節(jié)，因此，是否應(yīng)該對(duì)前四個(gè)字節(jié)進(jìn)行加密并不重要。
本發(fā)明的發(fā)明者認(rèn)為，與本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例相比，第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例具有更強(qiáng)的抗攻擊能力。將P1的干凈部分混合到初始值中。例如，不限制前面所述的普遍性，可以使用下面的方法IV′＝M(P1，IV )Q0＝Ek(IV′)XOR IV′Qi＝Ek(Qi-1)XOR CiCi＝M(Pi，Qi)其中，0＜i＜＝所處理的分組數(shù)量。
應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于使用公式Q0＝Ek(IV′)XOR IV′，相反，可以使用IV′的任何適合散列(hash)函數(shù)?？偠灾瑢?duì)于一個(gè)適合的hash函數(shù)HQ0＝H(IV′)例如，并不限制前面所述的普遍性，可以使用公知的SHA1 hash函數(shù)。例如，下列兩個(gè)出版物中對(duì)SHA1 hash函數(shù)進(jìn)行了描述1995年4月17日出版的、題目為“Secure Hash Standard”的FIPSPUB 180-1，其網(wǎng)址是www.itl.nist.gov/tipspubs/fipl80-1.htm；以及2001年9月出版的、題目為“US Secure Hash Algorithm 1(SHA1)”的RFC 3174，其網(wǎng)址是www.ietf.org/rfc/rfc3174.txt？number＝3174。
相應(yīng)的解密方法是IV′＝M(P1，IV)Q0＝H(IV′)Qi′＝Ek(Qi-1)XOR CiPi＝M(Ci，Qi′)
Qi＝M(Qi′，Ci)其中，0＜i＜＝所處理的分組數(shù)量。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在本發(fā)明的第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如果兩個(gè)數(shù)據(jù)包的第一個(gè)分組的初始干凈部分不同，那么它們將具有完全不同的XOR填充數(shù)。所以，即使僅對(duì)于第一個(gè)分組來說，擁有相同XOR填充數(shù)的數(shù)據(jù)包的數(shù)量也將減少，這使得利用本發(fā)明第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例所述的弱點(diǎn)進(jìn)行破解變得更加困難。
并不限制前面所述的普遍性，現(xiàn)在結(jié)合本發(fā)明的第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，討論上述MPEG-2的特別情況。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，MPEG-2只是作為一個(gè)例子，并不具有限制性意味。
圖3A和3B根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造和工作的分組密碼系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。這兩幅圖示出了MPEG-2系統(tǒng)中使用的本發(fā)明第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的特別例子。圖3A示出了加密，而圖3B示出了解密。參考上下文，圖3A和3B是顯而易見的。
應(yīng)當(dāng)理解的是，在圖3A和3B中，將XOR函數(shù)描述為F函數(shù)的一個(gè)具體例子。如前所述，本發(fā)明不限于使用XOR函數(shù)。
前面參考圖2A和圖2B對(duì)MPEG-2具體例子的說明同樣適用于圖3A和圖3B。
應(yīng)當(dāng)理解的是，為了清楚起見而在不同實(shí)施例中描述的本發(fā)明的各種特征也可以組合到單個(gè)實(shí)施例中。反過來，為了簡(jiǎn)明起見而在單個(gè)實(shí)施例的中描述的本發(fā)明的各種特征也可以分別提供或在任何適合的子組合中進(jìn)行描述。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于上面描述的具體內(nèi)容。相反，本發(fā)明的保護(hù)范圍由下面的權(quán)利要求進(jìn)行界定。
權(quán)利要求
1.一種使用分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)明文分組生成至少一個(gè)密文分組的方法，該方法包括接收n個(gè)明文分組，其中n是大于0的整數(shù)；設(shè)置Q0等于一個(gè)初始值；以及對(duì)于所述n個(gè)明文分組中的每個(gè)明文分組計(jì)算Qi＝Ek(Qi-1)XOR Pi；以及計(jì)算Ci＝M(Pi，Qi)，從而生成n個(gè)密文分組；其中0＜i＜＝n，Pi表示所述n個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示所述n個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，并且，M是一個(gè)選擇函數(shù)，對(duì)于分組Ci中的每一個(gè)比特Cij，如果不對(duì)比特Pij進(jìn)行加密，則選擇M的第一個(gè)自變量，如果要對(duì)比特Pij進(jìn)行加密，則選擇M的第二個(gè)自變量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)一個(gè)指明不對(duì)哪些比特進(jìn)行加密的標(biāo)準(zhǔn)，選擇M。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)包括音頻標(biāo)準(zhǔn)、視頻標(biāo)準(zhǔn)和音頻一視頻標(biāo)準(zhǔn)中之一。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)包括MPEG-2。
5.一種使用分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)明文分組生成至少一個(gè)密文分組的方法，該方法包括接收n個(gè)明文分組和一個(gè)初始值IV，其中n是大于0的整數(shù)；計(jì)算IV′＝M(P1，IV)；計(jì)算Q0＝H(IV′)；以及對(duì)于所述n個(gè)明文分組中的每一個(gè)明文分組計(jì)算Qi＝Ek(Qi-1)XOR Pi；以及計(jì)算Ci＝M(Pi，Qi)，從而生成n個(gè)密文分組；其中0＜i＜＝n，H是一個(gè)hash函數(shù)，Pi表示所述n個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示所述n個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，以及CiM是一個(gè)選擇函數(shù)，對(duì)于分組Ci中的每一個(gè)比特Cij，如果不對(duì)比特Pij進(jìn)行加密，則選擇M的第一個(gè)自變量，如果要對(duì)比特Pij進(jìn)行加密，則選擇M的第二個(gè)自變量。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，H包括SHA1。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中H(IV′)包括EK(IV′)XOR IV′。
8.如權(quán)利要求5-7中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，根據(jù)一個(gè)指明不對(duì)哪些比特進(jìn)行加密的標(biāo)準(zhǔn)，選擇M。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)包括音頻標(biāo)準(zhǔn)、視頻標(biāo)準(zhǔn)和音頻一視頻標(biāo)準(zhǔn)中之一。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)包括MPEG-2。
11.在一種使用流模式下的分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)明文分組生成至少一個(gè)密文分組的方法中，其中，Pi表示第i個(gè)明文分組，Ci表示第i個(gè)密文分組，一種改進(jìn)包括對(duì)于分組Ci中的每一個(gè)比特Cij，如果不對(duì)比特Pij進(jìn)行加密，則選擇Pij作為輸出。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述流模式包括CFM模式。
13.一種使用分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)明文分組生成至少一個(gè)密文分組的裝置，所述至少一個(gè)明文分組包括n個(gè)明文分組，所述至少一個(gè)密文分組包括n個(gè)密文分組，其中n是大于0的整數(shù)，該裝置包括初始化單元，用于設(shè)置Q0等于一個(gè)初始值；以及計(jì)算單元，對(duì)于所述n個(gè)明文分組中的每個(gè)明文分組計(jì)算Qi＝Ek(Qi-1)XOR Pi；以及計(jì)算Ci＝M(Pi，Qi)，其中0＜i＜＝n，Pi表示所述n個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示所述n個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，并且M是一個(gè)選擇函數(shù)，對(duì)于分組Ci中的每一個(gè)比特Cij，如果不對(duì)比特Pij進(jìn)行加密，則選擇M的第一個(gè)自變量，如果對(duì)Pij進(jìn)行加密，則選擇M的第二個(gè)自變量。
14.一種使用分組密碼E、密鑰K和初始值IV從至少一個(gè)明文分組生成至少一個(gè)密文分組的裝置，所述至少一個(gè)明文分組包括n個(gè)明文分組，所述至少一個(gè)密文分組包括n個(gè)密文分組，其中n是大于0的整數(shù)，該裝置包括第一計(jì)算單元，用于計(jì)算IV′＝M(P1，IV)；第二計(jì)算單元，用于計(jì)算Q0＝H(IV′)；以及第三計(jì)算單元，對(duì)于所述n個(gè)明文分組中的每個(gè)明文分組計(jì)算Qi＝Ek(Qi-1)XOR Pi；以及計(jì)算Ci＝M(Pi，Qi)，其中0＜i＜＝n，H是一個(gè)hash函數(shù)，Pi表示所述n個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示所述n個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，并且M是一個(gè)選擇函數(shù)，對(duì)于分組Ci中的每一個(gè)比特Cij，如果不對(duì)比特Pij進(jìn)行加密，則選擇M的第一個(gè)自變量，如果要對(duì)比特Pij進(jìn)行加密，則選擇M的第二個(gè)自變量。
15.在一種使用流模式下的分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)明文分組生成至少一個(gè)密文分組的裝置中，其中Pi表示第i個(gè)明文分組，Ci表示第i個(gè)密文分組，一種改進(jìn)包括一個(gè)選擇單元，對(duì)于分組Ci中的每一個(gè)比特Cij，如果不對(duì)比特Pij進(jìn)行加密，則選擇Pij作為輸出。
16.一種使用分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)已加密的密文分組生成至少一個(gè)明文分組的方法，該方法包括接收n個(gè)密文分組，其中n是大于0的整數(shù)；設(shè)置Q0等于一個(gè)初始值；以及對(duì)于所述n個(gè)密文分組中的每個(gè)密文分組計(jì)算Qi′＝Ek(Qi-1)XOR Ci；計(jì)算Pi＝M(Ci，Qi′)；以及計(jì)算Qi＝M(Qi′，Ci)，從而生成n個(gè)明文分組；其中0＜i＜＝n，Pi表示所述n個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示所述n個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，并且M是一個(gè)選擇函數(shù)，對(duì)于分組Ci中的每一個(gè)比特Cij，如果比特Pij沒有被加密，則選擇M的第一個(gè)自變量，如果比特Pij是加密的，則選擇M的第二個(gè)自變量。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，根據(jù)一個(gè)指明未加密比特的標(biāo)準(zhǔn)，選擇M。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)包括音頻標(biāo)準(zhǔn)、視頻標(biāo)準(zhǔn)和音頻-視頻標(biāo)準(zhǔn)中之一。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)包括MPEG-2。
20.一種使用分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)密文分組生成至少一個(gè)明文分組的方法，該方法包括接收n個(gè)密文分組和一個(gè)初始值IV，其中n是大于0的整數(shù)；計(jì)算IV′＝M(P1，IV)；計(jì)算Q0＝H(IV′)；以及對(duì)于所述n個(gè)密文分組中的每一個(gè)密文分組計(jì)算Qi′＝Ek(Qi-1)XOR Ci；計(jì)算Pi＝M(Ci，Qi′)；以及計(jì)算Qi＝M(Qi′，Ci)，從而生成n個(gè)明文分組；其中0＜i＜＝n，H是一個(gè)hash函數(shù)，Pi表示所述n個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示所述n個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，并且M是一個(gè)選擇函數(shù)，對(duì)于分組Ci中的每一個(gè)比特Cij，如果比特Pij沒有被加密，則選擇M的第一個(gè)自變量，如果比特Pij是加密的，則選擇M的第二個(gè)自變量。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，H包括SHA1。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，H(IV′)包括EK(IV′)XOR IV′。
23.如權(quán)利要求20-22中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，根據(jù)一個(gè)指明未加密比特的標(biāo)準(zhǔn)，選擇M。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)包括音頻標(biāo)準(zhǔn)、視頻標(biāo)準(zhǔn)和音頻-視頻標(biāo)準(zhǔn)中之一。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述標(biāo)準(zhǔn)包括MPEG-2。
26.在一種使用流模式下的分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)密文分組生成至少一個(gè)明文分組的方法中，其中Pi表示所述多個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示所述多個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，一種改進(jìn)包括對(duì)于分組Pi中的每一個(gè)比特Pij，如果比特Cij沒有被加密，則選擇Cij作為輸出。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述流模式包括CFM模式。
28.一種使用分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)已加密的密文分組生成至少一個(gè)明文分組的裝置，所述至少一個(gè)密文分組包括n個(gè)密文分組，所述至少一個(gè)明文分組包括n個(gè)明文分組，其中n是大于0的整數(shù)，該裝置包括初始化裝置，用于設(shè)置Q0等于一個(gè)初始值；以及計(jì)算單元，對(duì)于所述n個(gè)密文分組中的每個(gè)密文分組計(jì)算Qi′＝Ek(Qi-1)XOR Ci；計(jì)算Pi＝M(Ci，Qi′)；以及計(jì)算Qi＝M(Qi′，Ci)，其中0＜i＜＝n，Pi表示所述n個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示所述n個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，并且M是一個(gè)選擇函數(shù)，對(duì)于分組Ci中的每一個(gè)比特Cij，如果比特Pij沒有被加密，則選擇M的第一個(gè)自變量，如果比特Pij是加密的，則選擇M的第二個(gè)自變量。
29.一種使用分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)密文分組生成至少一個(gè)明文分組的裝置，所述至少一個(gè)密文分組包括n個(gè)密文分組，所述至少一個(gè)明文分組包括n個(gè)明文分組，其中n是大于0的整數(shù)，該裝置包括第一計(jì)算單元，用于計(jì)算IV′＝M(P1，IV)；第二計(jì)算單元，用于計(jì)算Q0＝H(IV′)；以及第三計(jì)算單元，對(duì)于所述n個(gè)密文分組中的每個(gè)密文分組計(jì)算Qi′＝Ek(Qi-1)XOR Ci；計(jì)算Pi＝M(Ci，Qi′)；以及計(jì)算Qi＝M(Qi′，Ci)，其中0＜i＜＝n，H是一個(gè)hash函數(shù)，Pi表示所述n個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示所述n個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，并且M是一個(gè)選擇函數(shù)，對(duì)于分組Ci中的每一個(gè)比特Cij，如果比特Pij沒有被加密，則選擇M的第一個(gè)自變量，如果比特Pij是加密的，則選擇M的第二個(gè)自變量。
30.在一種使用流模式中的分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)密文分組生成至少一個(gè)明文分組的裝置中，其中Pi表示所述多個(gè)明文分組中的第i個(gè)明文分組，Ci表示所述多個(gè)密文分組中的第i個(gè)密文分組，一種改進(jìn)包括一個(gè)選擇單元，對(duì)Pi中的每一個(gè)比特Pij，如果比特Cij沒有被加密，則選擇Cij作為輸出。
全文摘要
一種使用分組密碼E和密鑰K從至少一個(gè)明文分組生成至少一個(gè)密文分組的方法，該方法包括接收n個(gè)明文分組，其中n是大于0的整數(shù)；設(shè)置Q
文檔編號(hào)G06F11/30GK1757189SQ200480005583
公開日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2004年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月27日
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