减轮LEA密码算法的积分攻击

LEA密码算法是一类ARX型轻量级分组密码,广泛适用于资源严格受限的环境.本文使用中间相错技术找到LEA算法的86条8轮和6条9轮零相关区分器,进一步利用零相关区分器和积分区分器的关系,构造出5条8轮和1条9轮积分区分器.在8轮积分区分器的基础上,利用密钥扩展算法的性质和部分和技术,首次实现了对LEA-128的10轮积分攻击,攻击的计算复杂度为2¹²⁰次10轮LEA-128加密.进一步,实现了对LEA-192的11轮积分攻击以及对LEA-256的11轮积分攻击,计算复杂度分别为2^185.02次11轮LEA-192加密和2²⁴⁸次11轮LEA-256加密.     

一种基于完全性的不可能差分区分器构造方法

基于混合运算的密码算法(MOC)以安全性高、软硬件实现效率高等特点受到人们的广泛关注。完全性指输出的每一比特都包含有输入每一比特的信息,达到完全性是密码算法设计的一个基本原则。该文提出针对MOC算法完全性分析的通用算法,并在此基础上提出利用完全性寻找MOC算法的不可能差分区分器的方法,此构造方法可直接给出MOC算法高重量的不可能差分区分器且搜索效率高,为MOC算法不可能差分区分器的实际构造提供了理论指导和技术支持。应用此方法找到了SIMON系列算法全部现有的最长不可能差分区分器,并找到了SPECK系列算法更多的不可能差分区分器。     

Zodiac算法新的Square攻击

该文重新评估了Zodiac算法抗Square攻击的能力。Zodiac算法存在8轮Square区分器,该文首先根据算法的结构特性,给出了Zodiac的4个等价结构,而后利用等价结构得到了两个新的9轮Square区分器。利用新的区分器,对不同轮数的Zodiac算法实施了Square攻击,对12轮,13轮,14轮,15轮和16轮Zodiac的攻击复杂度分别为237.3,262.9,296.1,2137.1和2189.5次加密运算,选择明文数分别为210.3,211,211.6,212.1和212.6。结果表明:完整16轮192 bit密钥的Zodiac算法是不抗Square攻击的。     

LBlock算法的相关密钥-不可能差分攻击

该文研究了LBlock分组密码算法在相关密钥-不可能差分条件下的安全性.利用子密钥生成算法的差分信息泄漏规律,构造了多条低重量子密钥差分链,给出了15轮相关密钥-不可能差分区分器.通过扩展区分器,给出了23轮和24轮LBlock算法的相关密钥-不可能差分攻击方法.攻击所需的数据复杂度分别为2^65.2和2^65.6个选择明文,计算复杂度分别为2^66.2次23轮LBlock算法加密和2^66.6次24轮LBlock算法加密,存储复杂度分别为2^61.2和2^77.2字节存储空间.与已有结果相比,首次将针对LBlock算法的攻击扩展到了23轮和24轮.     

非线性反馈移存器型序列密码的完全性通用算法

非线性反馈移存器型序列密码被使用于智能卡、射频识别标签（RFID）和无线传感器等硬件资源受限设备的信息加密中,其典型代表为Trivium算法、Grain v1算法和Mickey算法,然而现有的完全性算法在应用于此类序列密码时存在分析轮数较少及对依赖关系区分不清楚等问题.本文提出了一种考察此类序列密码完全性的通用算法,将算法内部状态表示成线性集合和非线性集合,将序列密码每轮更新转化为集合的运算,通过迭代计算可给出算法达到非线性完全性所需轮数的下界,克服了现有完全性算法的不足.应用此通用算法给出Trivium算法更优的1比特差分区分器并完成对Trivium-B算法的实时攻击.本方法可为此类序列密码的设计提供一定的理论依据.     

基于混合整数线性规划的八阵图不可能差分分析

八阵图(ESF)是基于LBlock改进的轻量级分组密码，具有优良的软硬件实现效率。针对ESF算法的安全性，该文借助自动化搜索工具，利用不可能差分分析方法，对算法进行安全性评估。首先结合ESF的结构特性和S盒的差分传播特性，建立了基于混合整数线性规划(MILP)的不可能差分搜索模型；其次利用算法S盒的差分传播特性和密钥扩展算法中轮子密钥间的相互关系，基于一条9轮不可能差分区分器，通过向前扩展2轮向后扩展4轮，实现了对ESF算法的15轮密钥恢复攻击。分析结果表明，该攻击的数据复杂度和时间复杂度分别为2^60.16和2^67.44，均得到有效降低，且足够抵抗不可能差分分析。     

Feistel-SPS结构的反弹攻击

该文给出了以Feistel结构为主框架,以SPS(Substitution-Permutation-Substitution)函数作为轮函数的Feistel-SPS结构的反弹攻击。通过对差分扩散性质的研究,得到这一结构的6轮已知密钥截断差分区分器,并在此区分器的基础上,给出将这一结构内嵌入MMO(Matyas-Meyer-Oseas)和MP(Miyaguchi-Preneel)模式所得到的压缩函数的近似碰撞攻击。此外,还将6轮截断差分区分器扩展,得到了7轮的截断差分路径,基于此还得到上述两种模式下压缩函数的7轮截断差分区分器。     

对Zodiac算法的中间相遇攻击

Zodiac算法是由一批韩国专家设计的一个分组密码算法。该文首次研究了Zodiac算法抵抗中间相遇攻击的能力。找到了Zodiac算法新的9轮区分器和10轮区分器,基于这两个区分器分别对15轮和完整16轮Zodiac算法进行了中间相遇攻击。结果表明完整16轮Zodiac-128/192/256是不抗中间相遇攻击的。     

轻量级分组密码算法ESF的相关密钥不可能差分分析

八阵图算法(ESF)是一种具有广义Feistel结构的轻量级分组密码算法,可用在物联网环境下保护射频识别(RFID)标签等资源受限的环境中,目前对该算法的安全性研究主要为不可能差分分析。该文通过深入研究S盒的特点并结合ESF密钥扩展算法的性质,研究了ESF抵抗相关密钥不可能差分攻击的能力。通过构造11轮相关密钥不可能差分区分器,在此基础上前后各扩展2轮,成功攻击15轮ESF算法。该攻击的时间复杂度为240.5次15轮加密,数据复杂度为261.5个选择明文,恢复密钥比特数为40 bit。与现有结果相比,攻击轮数提高的情况下,时间复杂度降低,数据复杂度也较为理想。     

构造零和区分器的新方法

通过分析具有相似结构的 AES 类置换的扩散性质,提出了一种构造零和区分器的新方法.这种方法组合了高阶积分攻击和高阶差分攻击,利用选择的一个确定其活跃模式的中间状态,构造一条高阶积分路径,然后以此路径的2个终点作为起始点,再构造高阶差分路径.利用此方法,改进了对PHOTON杂凑函数族2个置换的全轮零和攻击,并对进入SHA-3最终轮的JH算法的核心函数构造了31.5轮的零和区分器.     

嵌套SP网络的New-Structure系列结构的零相关线性逼近与不可能差分性质研究

分组密码的安全性分析是密码学的重要研究内容,其中不可能差分分析和零相关线性分析是密码算法安全性分析的重要方法.本文利用中间相错方法,通过对扩散层进行限制,给出了嵌套SP网络的New-Structure 系列结构的零相关线性逼近.给出了New-Structure I和New-Structure IV结构中概率非零的差分传递链和相关优势非零的线性逼近传递链在结构上的一致性.此外也给出了嵌套SP网络New-Structure I、III的16/22轮不可能差分特征.最后给出在分组规模和密钥规模均为128比特时,对New-Structure I,III,IV进行21/28/22轮的不可能差分攻击和19/28/22轮的多维零相关线性逼近攻击所需要的时间复杂度和数据复杂度.本文的结果对基于New-Structure结构设计的密码算法的安全性分析提供了理论依据.     

轻量级密码算法MIBS的零相关和积分分析

MIBS是适用于RFID和传感资源受限环境的轻量级分组算法。该文构造了一些关于MIBS的8轮零相关线性逼近,结合密钥扩展算法的特点和部分和技术,对13轮MIBS-80进行了多维零相关分析。该分析大体需要262.1个已知明文和274.9次加密。此外,利用零相关线性逼近和积分区分器之间的内在联系,推导出8轮的积分区分器,并且对11轮的MIBS-80进行了积分攻击,大体需要260个选择明文和259.8次加密。     

韩国加密标准的安全性分析

SEED是韩国的数据加密标准,设计者称用线性密码分析攻击SEED的复杂度为2^335.4,而用本文构造的15轮线性逼近攻击SEED的复杂度为2³²⁸.为了说明SEED抵抗差分密码分析的能力,设计者首先对SEED的变体SEED^*做差分密码分析,指出9轮SEED*对差分密码分析是安全的;利用SEED^*的扩散置换和盒子的特性,本文构造SEED^*的9轮截断差分,因此10轮SEED^*对截断差分密码分析是不免疫的.本文的结果虽然对SEED的实际应用构成不了威胁,但是显示了SEED的安全性并没有设计者所称的那样安全.     

3D密码的不可能差分攻击

3D密码是在CANS2008上提出的一个新的分组密码算法,与以往的分组密码算法不同,它采用了3维结构。密码设计者给出了3D密码的一个5轮不可能差分并对6轮3D密码进行了不可能差分攻击。该文通过3D密码的结构特性找到了新的6轮不可能差分。基于新的不可能差分和3D密码的等价结构,可以对7轮和8轮3D密码进行有效的不可能差分攻击。此外,结合其密钥扩展规则,可以将攻击轮数提高至9轮。该文的攻击结果优于密码设计者的结果。     

Automatic method for searching integral distinguishers of ARX block ciphers

Firstly,based on three subsets division property propagation technique,the propagation function of the K-set and L-set of ARX block ciphers was constructed respectively.All vectors in L-set affected the propagation of K-set when propagate through xored round key operation.With SAT/SMT solver,round reduced integral propagation functions of ARX block ciphers could be established.Finally,by exhausting all possible input integral characteristics with proper data complexity,round reduced integral distinguishers of ARX block ciphers could be found.The proposed method can be used for searching integral distinguishers of ARX block ciphers including SIMON-like family block ciphers,HIGHT,SPECK family block ciphers and LEA effectively.     

Making the Impossible Possible

This paper introduces new techniques and correct complexity analyses for impossible differential cryptanalysis, a powerful block cipher attack. We show how the key schedule of a cipher impacts an impossible differential attack, and we provide a new formula for the time complexity analysis that takes this parameter into account. Further, we show, for the first time, that the technique of multiple differentials can be applied to impossible differential attacks. Then, we demonstrate how this technique can be combined in practice with multiple impossible differentials or with the so-called state-test technique. To support our proposal, we implemented the above techniques on small-scale ciphers and verified their efficiency and accuracy in practice. We apply our techniques to the cryptanalysis of ciphers including AES-128, CRYPTON-128, ARIA-128, CLEFIA-128, Camellia-256 and LBlock. All of our attacks significantly improve previous impossible differential attacks and generally achieve the best memory complexity among all previous attacks against these ciphers.     

Improved impossible differential and biclique cryptanalysis of HIGHT

HIGHT is a lightweight block cipher introduced in CHES 2006 by Hong et al as a block cipher suitable for low‐resource applications. In this paper, we propose improved impossible differential and biclique attacks on HIGHT block cipher both exploiting the permutation‐based property of the cipher's key schedule algorithm as well as its low diffusion. For impossible differential attack, we found a new 17‐round impossible differential characteristic that enables us to propose a new 27‐round impossible differential attack. The total time complexity of the attack is 2^120.4 where an amount of 2^59.3 chosen plaintext‐ciphertext pairs and 2^107.4 memory are required. We also instantiate a new biclique cryptanalysis of HIGHT, which is based on the new idea of splitting each of the forward and backward keys into 2 parts where the computations associated to each one are performed independently. The time complexity and data complexity of this attack are 2^125.7 and 2⁴², respectively. To the best of our knowledge, this is the fastest biclique attack on full‐round HIGHT.     

Related-key impossible boomerang cryptanalysis on LBlock

The related-key impossible boomerang cryptanalysis and the strength of the lightweight block cipher LBlock against this method were investigated.A new attack on 22-round LBlock was presented combining impossible boomerang attacks with related-key attacks.A 15-round related-key impossible boomerang distinguisher was constructed.Based on the new distinguisher,an attack on 22-round LBlock was mounted successfully by concatenating 3-round to the beginning and 4-round to the end.The attack on 22-round LBlock required data complexity of only 2^51.3plaintexts and computational complexity of about 2 ^71.5422-round encryptions.Compared with published cryptanalysis results on 22-round LBlock,proposed attack has great advantages on data and computational complexities.