基本介紹
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介紹
在密碼學中，費斯妥密碼（英語：Feistel cipher）是用於構造分組密碼的對稱結構，以德國出生的物理學家和密碼學家霍斯特·費斯妥（Horst Feistel）命名，他在美國IBM工作期間完成了此項開拓性研究。通常也稱為費斯妥網路（Feistel network）。大部分分組密碼使用該方案，包括數據加密標準（DES）。費斯妥結構的優點在於加密和解密操作非常相似，在某些情況下甚至是相同的，只需要逆轉密鑰編排。因此，實現這種密碼所需的代碼或電路大小能幾乎減半。
費斯妥網路是一種疊代密碼，其中的內部函式稱為輪函式。
歷史
Feistel網路最初在IBM的Lucifer密碼中商業化，這種密碼由霍斯特·費斯妥和Don Coppersmith於1973年設計。美國聯邦政府在設計DES（基於Lucifer密碼，由NSA進行修改）時採用了Feistel網路。像DES的其他組件一樣，Feistel構造中的疊代特性使得在硬體中（特別是在設計DES時已有的硬體上）實現密碼系統更容易。
理論工作
許多現代及一些較舊的對稱分組密碼基於Feistel網路（例如GOST 28147-89分組密碼），且密碼學家已經深入研究了Feistel密碼的結構和性質。具體而言，Michael Luby和Charles Rackoff分析了Feistel密碼的構造，證明了如果輪函式是一個密碼安全的偽隨機函式，使用Ki作為種子，那么3輪足以使這種分組密碼成為偽隨機置換，而4輪可使它成為“強”偽隨機置換（這意味著，對可以得到其逆排列諭示的攻擊者，它仍然是偽隨機的）。
由於Luby和Rackoff的結果非常重要，Feistel密碼有時也稱為Luby-Rackoff分組密碼。進一步的理論工作對其進行了推廣，給出了更加精確的安全界限。
構造細節
令
為輪函式，並令
分別為輪
的子密鑰。
基本操作如下：
將明文塊拆分為兩個等長的塊，(
)
對每輪
，計算
則密文為
。
解密密文 則通過計算
則
就是明文。
與代換-置換網路相比，Feistel模型的一個優點是輪函式
不必是可逆的。
非平衡Feistel密碼
非平衡Feistel密碼相比其有所修改，其中L0和R0的長度不等。Skipjack密碼就是這種密碼的一個例子。德州儀器數字簽名轉發器使用專有的非平衡Feistel密碼來執行挑戰-回響認證。
Thorp shuffle是一種非平衡Feistel密碼的極端情況，其中一邊只有一位。這比平衡Feistel密碼具有更好的可證明安全性，但需要更多輪。
其他用途
除了分組密碼外，Feistel結構也用於其他密碼算法。例如，最優非對稱加密填充（OAEP）在某些非對稱密鑰加密方案中，使用簡單的Feistel網路對密文進行隨機化。
