流密码(Stream Ciphers)


流密码(Stream Ciphers)

一次性密码具有非常好的安全性,这意味着手上只有密文的情况下,攻击者不可能进行破译。但是好的安全性基于长度大于等于原消息的私钥,这使得一次性密码并不实用,因为如果加解密双方有很好的方法来传递消息和私钥,他们直接传递消息就好,没必要进行加密。

为了让一次性密码更加实用,我们引入 “流密码” 的概念。流密码的核心思想是——以“伪随机”密钥替代一次性密码中的 “随机” 密钥,伪随机密钥产生自密码学安全伪随机数生成器(CSPRNG,Cryptographically Secure Pseudo-random number generator )。要注意的是,CSPRNG 不同于一般的伪随机数生成器,因为 CSPRNG 产生的数据必须和真实随机数看起来没有区别才行。CSPRNG 是一种算法(或函数),能产生一长串数字,类似于随机数的性质。因为随机数很难生成,所以 CSPRNG 要依靠种子(seed)来决定初始状态及将来产生的数;CSPRNG 从相对较小的起始种子生成海量的随机数(例如从 128 bit 的种子生成几 GB 的随机数)。如果起始种子是已知的,则随后产生的所有数都是已知的,也就是说 CSPRNG 具有确定性;这也导致CSPRNG 产生的数,其随机程度完全取决于种子的随机程度。为了让一次性密码更加实用,我们可以根据所需长度,使用伪随机数生成器的输出替换原来的私钥;这样的话只要传递初始种子就可以了。因为 CPRNG 具有确定性,使用相同种子能得到相同输出(也就能得到相同的 key 用来加解密)。

为了更好理解,我们先看看原来的一次性密码:

使用伪随机数生成器的输出 G(K),替换原来的私钥 K:

(注:图例中只是其中一种流密码,称为同步流密码。还有一种方法称为 “自同步流密码”,使用密文中的前几位数计算出密钥中的每一位。)

替换后的私钥可以远远短于要加密的消息,使得分配及管理私钥更为方便,进一步改善了一次性密码不实用的问题。但这种做法也带来了新的问题:

将原来完全随机的私钥替换为安全随机数生成器的输出,会导致私钥长度比原消息短,使得我们的密码不再具有完全保密性。因此流密码的安全性取决于我们的伪随机数生成器的不可预测性。如果可以预测 CSPRNG 的输出,则可以获得明文消息。以下是大家熟知的一些使用弱流密码的密码系统:

802.11b WEP:WEP 是一种给 WiFi 数据做加密的算法,它使用的流密码称为 RC4 。因为流密码中不能一直使用同个密钥,所以长期使用的密钥包含一个每次都会变动的值 “IV”;然而 “IV”只有 24 位,也就是说加密超过 5000 条消息后,就会有五成的概率出现相同的密钥。

CSS:DVD Forum 使用内容扰乱系统(CSS, Content Scramble System)来管理 DVD 的数字版权,使得仅有获得授权的应用才能访问 DVD 内容。CSS 使用 40 位的密钥,而 40 位的密钥空间较小,可以相对快速地暴力破解。(尽管密钥是 40 位,但考虑到 CSPRNG 的技术特点,只要猜出 17 位组合后,系统便可能被完全破解。)



流密码有助于丰富区块链行业的安全性

改善其功能性和可用性。它也可以支持多种区块链应用程序的开发,提高其可扩展性。


首先,流密码可以改善区块链的安全性。它可以提供可信的身份认证供应商,帮助确保参与到的交易和信息的正确性。例如,流密码可以为多个参与方提供唯一的密钥加密,从而可以防止未经授权的访问。另外,流密码也可以用于数据隐私保护,当个人信息提交到区块链时,流密码可以提供真正的端到端加密,从而保护参与方的数据隐私。

此外,流密码的可行性和可用性也得到改善。流密码可以实现密钥管理的自动化,并保护它们。它还可以支持无限钱包转账,大大简化其交易过程,并降低平台操作成本。此外,它也能够支持智能合约的开发,加快区块链应用程序的部署,从而使开发人员更方便地在区块链网络上创建新的应用程序。

最后,流密码可以提高区块链的可扩展性。流密码可以为应用程序提供更多高级的安全特性,从而增加其可扩展性。它也可以拓展应用程序的功能性,支持跨各种威胁行为指标,提供数据访问的高级权限管理,以及支持多资产管理的现代功能。

总而言之,流密码为区块链行业提供了相当大的支持。它可以改善安全性,可用性和可扩展性。同时,它还可以为多个合作伙伴提供唯一的密钥加密,从而最大限度地降低平台风险,保护个人数据隐私,支持多种区块链应用程序的开发,和提高交易的便捷性。因此,犹如流密码在改善和优化区块链行业方面所起的作用,还是相当重要的。

流密码 对区块链行业有帮助吗?

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