Cryptography and Network Security-Ch5

Chapter 5 Introduction to Modern Symmetric-key Ciphers

5.1 Modern Block Cipher
●modern block cipher分為兩種：transposition cipher 和 substitution cipher
  ○transposition cipher：key長度為⌈log₂ n!⌉  bit
     (n!種對應)
  ○substitution cipher：key長度為⌈log₂ (2ⁿ)!⌉ bit
     (2ⁿ!種對應)

●P-boxes：transposes bits
  ○Straight P-box：input bit = output bit
  ○Compression P-box：input bit > output bit
  ○Expansion P-box：input bit < output bit
     只有Straight P-box為可逆

e.g.
input: a b c d e f g h
P-box: [4 1 2 3 6 7 8 5]
output: d a b c f g h e
  ○invert P-boxes：
     1. 加index
     2. 將內容和index交換
     3.以index做sort

e.g.
1. original： [6 3 4 5 2 1]
2. Add index：[6 3 4 5 2 1]
                          1 2 3 4 5 6
3. Swap index和content：[1 2 3 4 5 6]
                                            6 3 4 5 2 1
4. 根據index做sort：[6 5 2 3 4 1]
                                    1 2 3 4 5 6

●S-boxes： m x n substitution unit
e.g.
y₁ = x₁ + x₂ + x₃
y₂ = x₁

●operation：
  ○XOR
  ○circular shift
  ○swap：circular shift n/2
  ○split and combine

●diffusion：將plaintext 和 ciphertext 的關係藏起

●confusion：將ciphertext和key的關係藏起

●product cipher：a complex cipher 結合substitution, permutation ... other components
  modern block cipher 都是product cipher
  可分為兩種：
  ○Feistel cipher
  ○non-Feistel cipher



5.2modern stream cipher：
●synchronous stream cipher：key和plaintext或ciphertext無關
  ○Feedback shift register(FSR)：產生key
   e.g.
     b₄  =  b₁+ b₀

→LFSR產生的key為pseudo random（有cycle，最大cycle為2^m-1，m為cell數量）
→可以用polynomial 去表示
e.g.   b₄ = b₁ + b₀
可用 x⁴ + x +1  表示

●non-synchronous stream cipher：每一個key stream 裡的key均depend on先前的plaintext或ciphertext