2024年4月16日发(作者：)
流密码和分组密码
按照密钥的特征不同，密码体制分为对称密码体制和非对称密码体制。按照对明文消息加密方式
的不同，密码体制分为流密码（Stream Cipher）和分组密码（Block Cipher）
[1]
。非对称密码体制
均为分组密码
[2]
。
1 流密码
流密码也称为序列密码。在流密码中，明文以序列的方式表示，称为明文流。在对明文流进行加
密时，先由种子密钥生成一个密钥流。然后，利用加密算法把明文流和密钥流加密，产生密文流。流
密码每次只对明文中的单个bit位进行加密变换，加密过程所需的密钥流由种子密钥通过密钥流生成
器产生。流密码的主要原理是通过随机数发生器产生性能优良的伪随机序列（密钥流），使用该序列加
密明文流（逐bit位加密），得到密文流。由于每一个明文都对应一个随机的加密密钥，因此流密码在
理论上属于无条件安全的密码体制（一次一密密码）
[3]
。流密码的基本加密过程，如图1所示。
种子密码
随机数发生器
密钥流
明文流加密变换密文流
图1 流密码的加密过程
设明文流为：
mm
1
m
2
m
i
，密钥流由密钥流发生器
f
产生：
z
i
f(k,
i
)
，这里
i
是加密器中的存储
器在时刻
i
的状态，
f
是由种子密钥
k
和
i
产生的函数。设最终得到的密钥流为：
kk
1
k
2
果为：
cc
1
c
2
c
i
E
k
1
(m
1
)E
k
2
(m
2
)E
k
i
(m
i
)
k
i
，加密结
，解密结果为：
mD
k
1
(c
1
)D
k
2
(c
2
)D
k
i
(c
i
)m
1
m
2
m
i
。用流密码进
行保密通信的模型，如图2所示：
种子密码
随机数发生器
密钥流
明文流加密变换密文流
安全信道种子密码
随机数发生器
密钥流
公共信道密文流解密变换明文流
图2 流密码保密通信图
2 分组密码
分组密码也称为块密码。当加密一条长消息（明文）时，首先，将明文编码表示为二进制序列；
然后，将其分成若干个固定长度的组（最后一组长度不够时还得进行填充，如补0）；最后，再对逐个
分组依次进行加密操作。分组长短决定着密码的强度。从算法的安全性考虑，分组长度不能太短，应
该保证加密算法能够应付密码分析；从实用性考虑，分组长度又不能太长，要便于操作和运算。近年
来，随着计算机计算能力的不断提高，分组长度为64位的分组密码的安全性越来越不能满足实际需
要，为提高加密的安全性，很多的分组密码开始选择128位作为算法的分组长度
[4]
。在相同密钥下，
分组密码对长为
t
的输人明文组所实施的变换是等同的，所以只须研究对任一组明文数字的变换规则。
这种密码实质上是字长为
t
的数字序列的代换密码
[3]
。
分组密码是将明文经编码表示后的二进制序列
m
1
m
2
各组分别在密钥
kk
1
k
2
m
i
划分成若干固定长度
t
为的组
mm
1
m
2
m
t
，
k
r
的控制下转换成长度为
l
的二进制密文分组
cc
1
c
2
c
l
。若
tl
，则称为带数据
压缩的分组密码，易增加密文解密的难度；若
tl
，则称为带数据扩展的分组密码，必然要增加密文存
储和传输的代价。通常的分组密码算法大多取
tl
[2]
。其本质是一个从明文空间（
t
的比特串的集合）
M
到密文空间（
l
长的比特串的集合）
C
的映射，该映射由密钥和加密算法确定。采用分组密码，对一个
明文分组进行加解密的过程，如图3所示。其中，明文分组长度为
t
，密文分组长度为
l
，密钥长度为
r
。这些参数是分组密码的重要参数，对算法的安全性能有重要的影响（密钥空间有
2
r
个元素）。在不
同的分组密码算法中，它们的取值往往不同。
密钥k
明文分组m加密变换密文分组c
安全信道
公共信道密文分组c
密钥k
解密变换明文流分组m
图3 分组密码保密通信图
3 二者联系
（1）流密码：令
M
代表明文。流密码是把
M
拆分成相连的比特
M
1
,M
2
,
KK
1
K
2
K
i
,M
i
,
，并用密钥流
E
K
(M)E
K
1
(M
1
)
中的第
i
个成分
K
i
对明文流中的第
i
个成分
M
i
进行加密，即
E
K
2
(M
2
)E
K
i
(M
i
)
。如果在
T
（固定值）个比特后密钥序列重复，则流密码是周期序列密码。否则，
就是非周期序列密码。
（2）分组密码：分组密码是把
M
拆分成相连的分组
M
1
,M
2
,
M
i
进行加密，即
E
K
(M)
,M
i
,
，并用同一个密钥
K
对每个分组
E
K
(M
1
)E
K
(M
2
)E
K
(M
i
)
。分组的长度视具体方案而定。
（3）二者的联系：对于周期为
T
的流密码，令
KK
1
K
2
K
T
，也可把这类密码看作是分组密码，这
里每个
M
i
都是具有
T
个比特的一个分组。当
T
较小时，这类密码更像是分组密码。随着
T
的增加，这类
密码变得更像流密码。
4 二者区别
（1）分组密码的特征是每次处理一个固定长度的数据组（如DES的分组长度64bit）。一个长度
小于密码分组尺寸的明文，只有当它被填补足够的位数能构成标准尺寸时，才能进行加密。在分组密
码中，明文被分为多个比特的分组，逐组进行加密。对于某一消息
M
，分组密码体制一般首先将
M
进
行填充得到消息
M
，使其长度为固定分组长度
L
的整数倍，密码算法把
M
划分为一系列长度为
L
的分组，
再对分组进行加密。在流密码中，明文
M
被分成连续的比特
MM
1
M
2
K
i
M
i
，用密钥流
KK
1
K
2
K
i
的
进行加密。其中，密钥流
K
是密钥流生成器得到的。
（2）对于流密码，在一个固定密钥作用下，对相同的明文进行加密，并不一定得到相同的密文。
因为明文的重复部分是用密钥流的不同部分加密的。对于分组密码，在一个固定密钥作用下，对相同
的明文进行加密，一定得到相同的密文。
参考文献
[1] 卢铁城. 信息加密技术. 四川科学技术出版社，1989.10.
[2] 张福泰 等. 密码学教程 . 武汉大学出版社，2006.9.
[3] 杨波. 现代密码学（第2版）. 清华大学出版社，2007.4.
[4] 范九伦 等. 密码学基础. 西安电子科技大学出版社，2008.8.
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