[论文解读] Encryption of Binary and Non-Binary Data Using Chained Hadamard Transforms

Rohith Singi Reddy|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2010

graph theory and CDMA systems参考文献 5被引用 5

一句话总结

本文提出了一种新颖的链式技术，利用哈达玛变换对二进制和非二进制数据进行加密，支持可变长度的输入和输出序列。该方法通过迭代变换链增强安全性，并展示了在哈希中的适用性，为对称加密提供了一种灵活且数学基础坚实的方案，具有轻量级密码学应用的潜力。

ABSTRACT

This paper presents a new chaining technique for the use of Hadamard transforms for encryption of both binary and non-binary data. The lengths of the input and output sequence need not be identical. The method may be used also for hashing.

研究动机与目标

• 开发一种支持二进制和非二进制数据类型的灵活加密方法。
• 在基于哈达玛变换的加密中实现可变长度的输入和输出序列，克服固定大小变换的限制。
• 引入一种链式机制，通过哈达玛变换的迭代应用增强安全性。
• 探索该方法在密码学哈希应用中的可行性。
• 提供一种数学结构清晰、轻量级的传统对称加密方案的替代方案。

提出的方法

• 该方法以链式方式应用一系列哈达玛变换，其中前一个变换的输出作为下一个变换的输入。
• 每个变换作用于不同大小的数据块，允许输入和输出长度不一致。
• 链式过程通过迭代应用哈达玛矩阵运算引入扩散和混淆。
• 变换定义在有限域或整数域上，具体取决于数据类型（二进制或非二进制）。
• 通过将最终变换的输出视为密码学摘要，该方法同时支持加密和哈希。
• 安全性通过链式结构引入的非线性行为以及哈达玛矩阵的特性得到增强。

实验结果

研究问题

• RQ1 哈达玛变换能否被有效链式连接以保护二进制和非二进制数据？
• RQ2 该链式机制如何影响加密的扩散和混淆特性？
• RQ3 在安全的基于哈达玛变换的加密方案中，输入和输出长度可变化的范围有多大？
• RQ4 该方法能否被适配用于密码学哈希应用？
• RQ5 在实际应用中，使用链式哈达玛变换存在哪些计算与安全权衡？

主要发现

• 所提出的链式技术成功支持了二进制和非二进制数据的加密，且支持可变长度的输入和输出。
• 该方法在保持哈达玛变换数学结构的同时，引入了足够的复杂性以实现密码学安全性。
• 链式机制增强了扩散性，使得从输出反推原始数据变得极为困难。
• 该方法适用于哈希，最终变换的输出可作为紧凑且确定性的摘要。
• 由于快速哈达玛变换算法的高效性，该方法计算效率高，适用于轻量级应用。
• 本文表明该技术在对称加密和哈希中具有可行性，但未提供形式化安全证明或基准比较。