基于水下声学自然随机性与骑士巡游链的分组密码替换盒生成

机密信息的保护是一个全球性问题，而分组加密算法是最可靠的选择。著名信息理论家 Claude Shannon 在其关于保密系统通信理论的基础研究中给出了强密码应具备的两个理想特性，即替换与置换。分组密码严格遵循替换与置换原理以生成密文。分组密码抵御多种攻击的实际强度完全基于其替换特性，该特性由所使用的 S-Box 获得。在当前文献中，基于代数结构与基于混沌的技术被广泛用于 S-box 的构造，因为这两种技术都具有利于 S-box 构造的特性，但也已识别出针对这些技术的多种攻击。真随机性已被普遍认为是密码基元设计的理想方法，因为真随机数具有不可预测、不可逆与不可复现的特性。所提技术的基本思想是从水下声波中提取真随机比特，并设计一种利用骑士巡游链动态生成 S-box 的新技术。所提方法满足 S-box 构造与真随机数生成的所有标准评估测试。使用 NIST 随机性测试套件分析了两百万比特，结果表明水声波是真随机性的完美熵源。此外，我们动态生成的 S-box 相较于最新发表的 S-box（2020 至 2021 年）具有更优或同等的强度。据我们所知，首次开展了此类研究，即利用水下声波的自然随机性构造分组密码的 S-Box。