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研究生:陳憲洲
研究生(外文):Chen,Hsien Chou
論文名稱:應用動態虛擬亂數於鏈鎖式對稱式區塊加密機制之研究
論文名稱(外文):A Study on Cipher Block Chaining Symmetric Block Encryption Scheme with Dynamic Pseudo Random Numbers
指導教授:傅振華傅振華引用關係
指導教授(外文):Chen-Hua Fu
口試委員:劉興華張敦仁傅振華
口試委員(外文):Hsing-Hua LiuTun-Jen ChangChen-Hua Fu
口試日期:2011-05-11
學位類別:碩士
校院名稱:國防大學管理學院
系所名稱:資訊管理學系
學門:電算機學門
學類:電算機一般學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:105
中文關鍵詞:虛擬亂數產生器線性同餘法對稱式區塊加密
外文關鍵詞:Symmetric block encryptionRandom number generatorLinear congruential generator
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國軍資訊安全的議題一直是身為國軍資訊人員所必須瞭解的重要課題之一,過去對岸大陸網軍攻擊手法多為植入電腦病毒;然而,近年來對岸駭客其攻擊能力和技巧上不斷精進且翻新,縱使國軍擁有各類功能完備之防火牆、入侵偵測系統及防毒軟體等防護機制也未必能達到國防資訊百分之百的安全。但是,對軍方而言機敏資料還是有可能透過網路被竊取。因此,如何保護機敏資料機密性對於軍方而言是一個重要的問題,本加密方案將會是實現軍事資料保密很好的解決方案。
本研究以鏈鎖式區塊加密技術為基之對稱式加密機制,並運用改良之線性同餘法為亂數產生器,並藉由使用者輸入相關參數後產生虛擬亂數,依此做為每次動態選取加密功能模組種類、數量及順序。運用C與C#語言建置雛型系統外,並以現行之AES演算法進行測試與比較,以驗證本研究之實用性。
關鍵字:CBC、對稱式區塊加密、虛擬亂數產生器、線性同餘法

For military information staffs, the information security is an important issue needs to be understood very well in the R.O.C. military. There are many information security attacks from the P.R.O.C. cyber forces and their attack skills keep refining and changing. Although many information security defense mechanisms, such as: firewall, invasion protection system, and antivirus software, are adopted to assure the information security of the military. However, for the military, it is still possible that confidential information can be eavesdropped through networks or media storages. Therefore, it is an important issue for the military to protect confidentiality of classified information. The encryption scheme is one good solution for the military to achieve information confidentiality.
This study proposes a CBC(cipher-block chaining)-based block symmetric encryption scheme. The proposed encryption scheme depends on an input password to support a dynamic combination of encryption/decryption function modules with LCG random number generator. With different password, a different combination of encryption/decryption function modules is adopted to encrypt/decrypt data. We implement the proposed encryption scheme with C and C#. For understanding the performance of the proposed encryption scheme, the several scenarios are executed and the encryption performance is compared to AES scheme.
Keywords: CBC, Symmetric block encryption, Random number generator, Linear congruential generator

目錄
第一章 緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2研究目的 5
1.3研究方法與步驟 6
1.4研究範圍與限制 10
1.5論文架構 11
第二章 文獻探討 13
2.1密碼學簡介 13
2.2對稱式加密機制 14
2.2.1對稱式加密機制原理 14
2.2.2區塊加密原理 16
2.3 DES、2DES與3DES 19
2.3.1 DES加密演算法: 19
2.3.2 2DES與3DES加密演算法 21
2.4AES加密演算法 22
2.4.1AES之起源與概述 22
2.4.2 AES之加、解密架構: 23
2.4.3 AES 安全性與探討 27
2.5區塊加密模式 28
2.5.1 ECB模式 29
2.5.2 CBC模式: 30
2.5.3 CFB模式: 31
2.5.4 OFB模式: 32
2.6虛擬亂數產生器 33
2.6.1虛擬亂數之定義及性質 33
2.6.2線性同餘法(LCG) 34
2.6.2.1線性同餘法之特性 35
2.6.2.2線性同餘法之變化及應用 37
2.6.3虛擬亂數產生器之隨機測試: 40
第三章以虛擬亂數為基之對稱式鎖鏈式區塊加密機制 42
3.1 加、解密功能模組簡介 43
3.1.1 「一維陣列攪亂運算」功能模組 43
3.1.2 「二維陣列位移量攪亂運算」功能模組 44
3.1.3 「二維陣列行、列攪亂運算」功能模組 47
3.1.4 「串流攪亂運算」功能模組 48
3.1.5 「一個位元組置換運算」功能模組 48
3.1.6 「兩個位元組置換運算」功能模組 49
3.1.7 「區塊資料與回合金鑰進行XOR運算」功能模組 51
3.1.8.「二維陣列元素相互交換處理」功能模組 51
3.1.9「部分位元組進行XOR處理」功能模組 54
3.1.10「部分位元組進行NOT處理 」功能模組 54
3.1.11「X軸與Y軸座標交換處理 」功能模組 55
3.2 動態功能模組之加、解密流程說明 56
3.3 功能模組各種排列狀況說明 57
3.4 鏈鎖式(CBC)區塊加密模式功能說明: 60
第四章雛型系統建置與實作 63
4.1 系統流程設計 63
4.1.1 核心程式 65
4.1.2 加、解密系統 65
4.2 雛型系統實作 68
4.2.1 明文資料檔加密作業 68
4.2.2 密文資料檔解密作業 76
4.3 系統實作結果分析 80
4.3.1 驗證解密還原檔與原始明文檔 80
4.3.2 本研究之加密機制與AES加密演算法比較 81
4.3.3本研究之加密機制特點 89
第五章結論與未來研究方向 91


一、中文文獻
[1]曾文貴、官大智(2005),「資通安全專輯之十九:最新密碼學研究發展現況」,財團法人國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心。
[2] 許建隆、楊松諺譯,Niels Ferguson and Bruce Schneier原著,密碼學實務,碁峯資訊股份有限公司,2005
[3] 賴榮樞譯,William Stallings原著,密碼學與網路安全,第四版,開發圖書有限公司,2007,P5-4。
[4] 賴溪松、韓亮、張真誠,近代密碼學及其應用,旗標出版股份有限公司,2004。
[5] 粘添壽、吳順裕(2006),「資訊與網路安全技術」,旗標出版股份有限公司。
[6] 鍾慶豐,近代密碼學與其應用,儒林圖書公司,台北,2-34~36頁,2005年6月。
[7] 巫坤品、王青青譯,William Stallings原著,密碼學與網路安全原理與實務,第三版,碁峰出版股份有限公司,2004。
[8]賴仁傑,即時串流媒體的有效安全機制-以隨選視訊實作設計為例,銘傳大學碩士論文,2006,P11-13。
[9] 林祝興、葉義雄、楊國鴻, Rijndael加密演算法的介紹,資訊安全通訊,第六卷第四期,33~42頁,2000。
[10] 楊政穎譯,Atul Kahate原著,網路安全與密碼學,美商麥羅格。希爾國際股份有限公司,2007。
[11] Niels Ferguson and Bruce Schneier原著,密碼學實務,許建隆、楊松諺譯,基峯資訊股份有限公司,台北,59頁,2005年5月。
[12] 林則孟(2001),「系統模擬理論與應用」,滄海書局。
[13] 鄧名言,應用變化型虛擬亂數與串流加密技術於對稱式加密機制之研究,國防大學碩士論文,2009。
[14] 陳易佑,以虛擬亂數為基動態變化方式之對稱式區塊加密機制研究,國防大學碩士論文,2010。
二、英文文獻
[15] Jagannath Pisharath, “Linear Congruential Number Generators”, NewerMath, Fall 2003, pp.1~10, 2003.
[16] National Institute of Standards and Technology, “Advanced Encryption
Standard (AES)”, Federal Information Processing Standard (FIPS) 197,
pp.13~26,November 26, 2001
[17] William Stallings, “Cryptography and Network Security Principles And Practices”, Pearson Education, Inc. , 2006.
[18]J.Boyar(1989),“Inferring sequences produced by pseudo-random number generators”,Journal of the ACM,Volume 32,No.1,129-141.
[19] M.J.B Robshaw(1995),“Stream Ciphers”,RSA Laboratories Technical Report TR-701.
[20] S.K. Park, K.W. Miller(1998),“Random number generators: good ones are hard to find”,Communications of the ACM,Volume 31,Issue 10,1192-1201.
三、其他資料來源
[21]http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%AB%98%E7%BA%A7%E5%8A%A0%E5%AF%86%E6%A0%87%E5%87%86
[22] http://140.113.210.231/ssp/2010-Spring-NetSec-book/Chap04.pdf

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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