密码学中的CAST算法

CAST是一种用于创建一系列分组密码的通用算法。各个密码的名称分别为CAST-128和CAST-256。本文主要讨论的是密码学领域中CAST算法的相关内容。

CAST算法是什么？

CAST算法通常用于IP安全领域，其结构遵循Fiestal模式。在这种结构中，明文被分成两半，然后分别进行加密处理。

• 他们使用了较大的S盒，其大小为8×32，而DES使用的S盒大小为6×4。
• 它们是为软件实现而设计的。
• CAST S盒将弯曲函数作为其列元素来使用。
• S-box满足“雪崩准则”，这意味着输入的每一位以及轮转密钥的每一位都会影响到输出的每一位。换句话说，输入数据的任何一位都有50%的概率导致输出数据发生相应的变化。

CAST-128

CAST-128，也被称为CAST5，是一种被广泛使用的CAST加密算法。它是一种对称密钥分组加密算法，被广泛应用于各种产品中。在某些版本的GPG和PGF中，它也被用作默认的加密方式。

• 这是一种Feistel密码算法，采用64位的数据块结构，并且包含16轮加密过程。
• 密钥的长度从40位到128位不等。
• 共有8个8×32的S盒。在这8个S盒中，有4个用于密钥调度，剩下的4个则用于实际的加密过程。
• 圆形按键的位数共有37位。
• F函数会将输入数据与32位的轮转密钥进行异或运算，然后将结果拆分成多个字节。接着，每个字节都会经过不同的S盒处理，最终得到四个32位的结果。
• 这些数值是通过在不同轮次中使用不同的组合函数来进行的非线性组合得到的。
• 该输出会经过一次旋转操作，而这次旋转是由另外5个round key bits来控制的。

CAST-256

CAST-256，也被称为CAST6，于1998年6月被公开。它曾是AES竞赛中的候选加密算法之一，但最终未能进入决赛。

• 它采用128位的数据块，同时支持128位、192位或256位的密钥长度。
• 这是一种Fiestel密码的变体，它使用了四个32位的子块来构成密码。
• 每一轮处理过程中，都会以32位的数据块作为输入，并修改其中的一个数据块。
• 使用了48轮计算。
• 该round函数和S-box与CAST-128中的结构是完全相同的。

CAST算法的优点

• CAST算法的运行速度比Rijndael算法的简化版本要快两倍。
• CAST算法通常用于安全性相关的应用，也就是用于IPsec的安全协议。
• CAST-128可以在全球范围内以免版税的方式获得，适用于商业和非商业用途。

CAST算法的局限性

• 与AES相比，CAST算法的性能并不强。

例如：

CAST（Carlisle Adams and Stafford Tavares）算法是一种对称密钥分组密码，属于Feistel密码家族。在示例中，我们将使用这种算法。pycryptodome’该库提供了CAST-128算法的实现方式。

首先，请确保您拥有“”。pycryptodome’已安装的库：

使用 pip 安装 pycryptodome：pip install pycryptodome

现在，让我们继续看这个示例代码：

从 Crypto.Cipher 进口 CAST从…开始 Crypto.Random 进口 获取随机的字节数def cast_encrypt(关键/重要点, 数据):    密码/加密方式 = CAST.新的(关键/重要事项, CAST.MODE_ECB)    加密后的数据 = 密码/密文.加密(数据)    返回 加密后的数据def 解密结果(关键/重要点, 加密后的数据):    密码/密文 = CAST.新的(关键/重要点, CAST.MODE_ECB)    解密后的数据 = 密码/加密方式.解密(加密后的数据)    返回 解密后的数据# 使用示例if __name__ == __main__:    # 生成一个长度为16字节的随机密钥（即128位长度的密钥）    关键/重要事项 = 获取随机的字节数(16)    # 需要加密的数据    原始数据 = b这些数据就是需要使用CAST-128进行加密的原始数据。    # 使用CAST-128算法对数据进行加密处理    加密后的数据 = cast_encrypt(关键/重要点, 原始数据)    # 使用相同的密钥对数据进行解密    解密后的数据 = 解密结果(关键/重要事项, 加密后的数据)    打印(“原始数据：”, 原始数据)    打印(“加密数据”：, 加密后的数据)    打印(“解密后的数据：”, 解密后的数据)

说明：

1. 请导入所需的模块：我们正在导入“”。CAST’来自“cipher”的密码/加密信息Crypto.Cipher’以及“’get_random_bytes’来自“‘Crypto.Random’。那个CAST“Cipher”指的是CAST-128算法的实现方式。get_random_bytes’它被用来生成随机密钥。
2. 定义加密和解密函数：我们定义了两个函数，分别是“加密”和“解密”。cast_encrypt()以及“’cast_decrypt()’这些程序以密钥和数据作为输入，分别输出经过加密和解密后的数据。
3. 示例用法：在示例用法部分中，执行了以下步骤：
   • 使用“”方法生成了128位的随机密钥。get_random_bytes()函数.
   • 一个样本数据“原始数据它被创建出来，而这些数据正是我们想要进行加密的内容。
   • 这些数据是通过“”进行加密处理的。cast_encrypt()该函数的作用是将结果存储在“”中。加密后的数据.
   • 加密后的数据将通过“”进行解密。cast_decrypt()’该函数的作用是将结果存储在“”中。解密后的数据.
   • 最后，原始数据、加密后的数据以及解密后的数据都被打印出来，以此来展示整个处理过程。