密碼學 - SEED 加密演算法

SEED 加密是一種由韓國資訊安全機構建立的對稱金鑰加密技術。它是一種分組密碼加密技術，使用 16 位元組的資料塊和 128 位的金鑰長度。

SEED 加密演算法透過結合替換和置換技術將明文資料加密成密文。為了生成最終的密文，該過程使用 Feistel 網路結構，經過幾輪加密。

SEED 加密

• SEED 加密使用金鑰排程來建立輪金鑰，這些輪金鑰用於每一輪加密。
• 金鑰排程是透過對原始金鑰執行一系列按位運算（如異或、與以及左移和右移）來建立的。
• 加密過程需要將明文分成 16 位元組的塊，並對每個塊分別執行加密演算法。
• 該演算法使用替換和置換演算法的組合對資料進行加密，然後對每個塊應用多輪加密以生成最終的密文。

SEED 解密

• 解密過程反轉加密過程。
• 密文被分成 16 位元組的塊，並且解密技術對每個塊單獨執行，使用在加密過程中建立的相同的輪金鑰。

SEED 的結構

SEED 的輸入/輸出塊大小和金鑰長度均為 128 位。SEED 具有 16 輪 Feistel 結構。一個 128 位的輸入被分成兩個 64 位的塊 (L, R)。右側的 64 位塊用於輸入輪函式 F，該函式根據金鑰排程生成 64 位子金鑰 Ki。

SEED 結構的虛擬碼如下：

for (i = 1; i <= 16; i++) {
   L = R;
   R = L ^ F(Ki, R);
}

輪函式 F

SEED 使用兩個 8x8 S 盒、置換、旋轉以及異或 (XOR) 和加法等基本模運算，以確保實現高度的安全、速度和簡單性。

輪函式 F 將 64 位輸入塊分成兩個 32 位塊 (R0, R1)，並使用四個階段：

• 兩個 32 位子金鑰塊 (Ki0, Ki1) 的混合階段。
• 函式 G 包含三層，允許混合兩個 32 位塊。

函式 F 生成以下輸出 (R0' 和 R1')：

R0' = G[G[G[(R0 ^ Ki0) ^ (R1 ^ Ki1)] + (R0 ^ Ki0)] + G[(R0 ^ Ki0) ^ (R1 ^ Ki1)] + G[G[(R0 ^ Ki0) ^ (R1 ^ Ki1)] + (R0 ^ Ki0)]

R1' = G[G[G[(R0 ^ Ki0) ^ (R1 ^ Ki1)] + (R0 ^ Ki0)]. + G[(R0 ^ Ki0) ^ (R1 ^ Ki1)] + G[G[(R0 ^ Ki0) ^ (R1 ^ Ki1)]

函式 G

函式 G 包含兩層：兩個 8x8 S 盒和具有十六個 8 位子塊的塊置換。具有四個 8 位輸入 (X0、X1、X2 和 X3) 的函式 G 給出以下輸出：

Z0 equals {S1(X0) & m0} ^ {S2(X1) & m1} ^ {S1(X2) & m2} ^ {S2(X3) & m3}
Z1 equals {S1(X0) & m1} ^ {S2(X1) & m2} ^ {S1(X2) & m3} ^ {S2(X3) & m0}
Z2 equals {S1(X0) & m2} ^ {S2(X1) & m3} ^ {S1(X2) & m0} ^ {S2(X3) & m1}
Z3 equals {S1(X0) & m3} ^ {S2(X1) & m0} ^ {S1(X2) & m1} ^ {S2(X3) & m2}

其中 m0 = 0xfc；m1 = 0xf3；m2 = 0xcf；m3 = 0x3f。

為了提高 G 函式的效率，定義了四個“SS 盒”如下：

SS0(X) = {S1(X)& m3} || {S1(X) & m2} || {S1(X) & m1} || {S1(X) & m0}
SS1(X) = {S2(X) & m0} || {S2(X) & m3} || {S2(X) & m2} || {S2(X) & m1}
SS2(X) = {S1(X) & m1} || {S1(X) & m0} || {S1(X) & m3} || {S1(X) & m2}
SS3(X) = {S2(X) & m2} || {S2(X) & m1} || {S2(X) & m0} || {S2(X) & m3}

SEED 的應用

• SEED 加密用於保護網路通訊，包括 VPN、SSL/TLS 和 IPsec。
• SEED 加密保護儲存在磁碟、U 盤和其他儲存介質上的資料。
• 這種加密技術用於保護智慧手機和平板電腦等移動裝置上的資料。
• 政府機構和軍事組織使用 SEED 加密來保護機密材料。

優點

以下是使用 SEED 加密技術的一些優點：

• SEED 加密具有 128 位金鑰長度，使其高度抗拒暴力攻擊。
• SEED 加密是一種快速的方法，可以輕鬆地加密和解密資料，使其成為即時應用的理想選擇。
• SEED 加密被廣泛使用，並得到各種安全產品和服務的支援。
• SEED 加密可用於各種應用，例如網路安全、資料儲存和移動裝置。
• SEED 加密經過大量研究，並且能夠抵抗幾種已知的密碼分析攻擊。

缺點

除了 SEED 演算法的優點外，使用它也有一些缺點。

• SEED 加密需要良好的金鑰管理，因為加密的安全依賴於金鑰的強度和機密性。
• SEED 加密的金鑰長度為 128 位，對於某些需要更強加密的應用程式來說可能不足夠。
• SEED 加密容易受到側通道攻擊，例如定時和功耗分析。