[科普中国]-流加密

流加密，是对称加密算法的一种，加密和解密双方使用相同伪随机加密数据流（pseudo-randomstream）作为密钥，明文数据每次与密钥数据流顺次对应加密，得到密文数据流。实践中数据通常是一个位（bit）并用异或（xor）操作加密。

简介在密码学中，流加密（英语：Stream cipher），又译为流加密、数据流加密，是一种对称加密算法，加密和解密双方使用相同伪随机加密数据流（pseudo-random stream）作为密钥，明文数据每次与密钥数据流顺次对应加密，得到密文数据流。实践中数据通常是一个位（bit）并用异或（xor）操作加密。

该算法解决了对称加密完善保密性（perfect secrecy）的实际操作困难。“完善保密性”由克劳德·香农于1949年提出。由于完善保密性要求密钥长度不短于明文长度，故而实际操作存在困难，改由较短数据流通过特定算法得到密钥流。

伪随机密钥流（keystream）由一个随机的种子（seed）通过算法（称为：PRG，pseudo-random generator）得到，k作为种子，则G（k）作为实际使用的密钥进行加密解密工作。

为了保证流加密的安全性，PRG必须是不可预测的。弱算法包括glibc random()函数，线性同余生成器（linear congruential generator）等。1

流加密过程加密过程：首先生成一个对称秘钥，使用用户公钥加密这个对称秘钥后存储在文件头，然后用生成的对称秘钥加密文件数据存储。

解密过程：首先使用自己的私钥解密被加密的对称秘钥，再用该对称秘钥解密出数据原文。2

类型流密码基于内部状态生成密钥流的连续元素。这种状态基本上以两种方式更新：如果状态独立于明文或密文消息而改变，则密码被分类为同步流密码。相比之下，自同步流密码根据以前的密文数字更新其状态。

同步流密码在同步流密码中，独立于明文和密文消息生成一个伪随机数字流，然后与明文（加密）或密文（解密）组合。在最常见的形式中，使用二进制数字（比特），并且使用独占或操作（XOR）将密钥流与明文结合。这被称为二元加法流密码。

在同步流密码中，发送方和接收方必须准确地进行解密才能成功。如果在传输过程中将数字添加到消息中或从消息中删除数字，则同步丢失。为了恢复同步，可以系统地尝试各种偏移量以获得正确的解密。另一种方法是在输出中的标准点处用标记标记密文。

但是，如果一个数字在传输中被损坏而不是被添加或丢失，则明文中只有一个数字会受到影响，并且错误不会传播到消息的其他部分。当传输错误率很高时，此属性非常有用；然而，这样做不太可能在没有进一步机制的情况下检测到错误。而且，由于这个特性，同步流密码非常容易受到主动攻击：如果攻击者可以改变密文中的数字，他可能能够对相应的明文位进行可预测的改变；例如，翻转密文中的一位会导致相同的位在明文中翻转。2

自同步流密码另一种方法使用几个前N个密文数字来计算密钥流。这种方案被称为自同步流密码，异步流密码或密文自动密钥（CTAK）。自同步的想法在1946年获得专利，其优点是接收器在接收到N个密文数字后会自动与密钥流生成器同步，如果数字被丢弃或添加到消息流中，更容易恢复。一位数错误的效果有限，仅影响N个明文数字。

自同步流密码的一个例子是密码反馈（CFB）模式中的分组密码。2

例子WEP一个失败的例子即WEP网络传输协议。

该协议中服务器和客户端共享同一密钥流，该密钥流由一段24位的数据IV和一段密钥组成，表示为PRG（IV || k），通过异或操作对明文数据流加密。而IV最多组合情况为2个（约16M大小），因而攻击者可轻易暴力破解获取IV，或通过多次截取数据包（当数据流量足够大，密钥流必定多次重复）最终得到明文。

另一个弱点在于，802.11网卡重启后自动设置IV为初始状态0。两种情况下都能表明WEP安全性并不尽如人意。

更好的解决方案是针对不同段的信息使用伪随机密钥（不同k值），例如TLS所为。1

硬盘加密当硬盘使用流加密时，同样会使用同一密码本对不同文本进行加密，因而调换两个文本中少量信息，可以得到同样的冗余结果。避免这个问题的方案通常是避免使用流加密。1

CSS内容扰乱系统（英语：Content Scramble System，CSS），是通过种子生成密钥，对DVD进行流加密的技术。它也作为数字版权管理系统，曾应用于几乎所有的DVD光盘。CSS有一个40-bit的流加密算法，1996年首次投入使用，1999年被首次破解。

CSS目前已被更高级的加密技术如运用于高清DVD（HD DVD）和蓝光的AES，AACS所取代。它们分别拥有56和128个比特的密钥长度。1

本词条内容贡献者为:

宋春霖 - 副教授 - 江南大学