抗侧信道攻击的安全有效椭圆加密算法

为防御椭圆曲线密码系统的侧信道攻击,针对椭圆曲线密码系统的侧信道攻击主要集中在对标量乘运算的攻击,提出了基于Width-w NAF的改进算法RWNAF(refined Width-wNAF)和FWNAF(fractional Width-w NAF),通过Masking技术隐藏密码算法的真实能量消耗信息,能有效地防御SPA、DPA、RPA与ZPA攻击;通过对密钥d的奇偶性分析,对预计算表进行优化,减少了存储需求和计算开销。FWNAF进一步利用碎片窗口技术,提高了存储资源的利用效率,同时也减少了由于系统资源急剧变化而引发的系统计算性能的抖动现象。     

抗侧信道攻击的椭圆曲线密码算法

椭圆曲线密码系统具有较高的安全性和有效的计算性,非常适合于资源受限的嵌入式移动环境。侧信道攻击是一种强有力的密码攻击方法,利用密码芯片在运算过程中泄露的信息对芯片的密码算法进行攻击。针对侧信道攻击椭圆曲线密码系统主要集中在对标量乘运算的攻击,提出一种基于RWNAF(Refined Width-w NAF)的改进算法FWNAF(Fractional Width-w NAF)算法。该算法利用碎片窗口技术,进一步提高存储资源的利用效率,同时也减少由于系统资源急剧变化而引发的系统计算性能的"抖动现象"。     

抗能量攻击的新标量乘算法

标量乘算法是椭圆曲线密码中最基础也是最关键的运算,对整个密码体制的效率和安全性具有举足轻重的作用.在分析NAF(Non-Adjacent Form)标量乘算法和能量分析攻击基础上,综合考虑标量乘算法的速度和安全性,提出一种随机高效的ECC快速算法——改进的随机标量乘算法.与已有算法相比,该算法在保证同NAF等汉明重量的基础上,克服了由于引入随机变量所导致的冗余计算,实现了速度与安全的折中;也克服了NAF标量乘中需要预存储标量的不足,提高了存储效率.同时通过引入随进变量,每次产生不同的随机NAF表示,增强了抗SPA、DPA的攻击.     

DWNAF:带门限的动态窗口的NAF标量乘法

为了提高水声信道传输数据的安全性,针对非对称加密对节点性能要求较高的问题,提出了一种带门限的动态窗口的NAF标量乘法(DWNAF)。该方法 通过“门限” 对经典的窗口法的窗口大小进行动态控制,优化了预处理过程,有效降低了预计算和标量乘计算的开销。实验表明,在预计算量相同的情况下,DWNAF的点加次数仅为RWNAF的25%。在安全性方面,DWNAF采用窗口法、平衡能量法与masking方法相结合的方式,能有效抵御SPA,DPA及其变种RPA和ZPA等常见的边信道攻击。     

基于分簇的Ad Hoc网络密钥协商协议

以节点的公钥证书为基础,基于椭圆曲线密码体制提出一种分簇结构的Ad Hoc网络会话密钥协商协议,对协议的安全性和效率进行分析。该协议满足普遍认可的密钥协商安全要求,可抵抗中间人攻击、重放攻击、消息伪造攻击等多种攻击,有效地降低终端的计算、存储能力需求,减少了协商过程的通信开销。     

考虑无线网络安全的量子密码更新算法仿真

针对密钥被破解引发的无线网络安全问题，提出基于量子密码的无线网络安全密钥更新算法。通过层簇式密钥分配机制分配由量子纠缠生成的量子密钥，采用能量自适应算法选择簇首并建簇，依据基站与簇首共享密钥，簇首与各个终端节点共享密钥两种策略完成密钥分配。在更新过程中，划分无线网络为控制层、服务层和用户层三个部分，分别通过不同策略实现无线网络安全密钥更新。实验结果表明，采用所提方法能够有效地控制串通阶段数据包数量、提高隐私性、降低存储开销、增强节点抗俘获能力。     

一个混沌分组密码算法的分析*

研究了一个基于混沌设计的分组密码算法的安全性,发现该算法所产生的混沌序列具有前几个值对混沌初态和参数的低位比特变化不够敏感的性质,在选择明文攻击条件下,提出了攻击加密算法等效密钥的分割攻击方法。分组密码算法的密钥长度为106 bit,分割攻击方法的计算复杂性约为260,存储复杂性约为250,成功率为0.928 4。     

针对椭圆曲线点乘算法的代数故障攻击

首先通过分析固定梳(comb)点乘算法和窗口非相邻型(NAF)点乘算法,提出了一种代数故障攻击算法,可以恢复椭圆曲线密码算法的全部私钥。代数故障攻击算法在执行过程中不会被检测出来,遇到全零块也不会使攻击失效。然后通过软件仿真分别实现了对两种点乘算法的攻击,攻击的参考椭圆曲线为商用密码SM2算法提供的素数域曲线。攻击comb点乘算法需要13min,攻击窗口NAF点乘算法需要18min,并且都恢复了256比特长的私钥。而差分故障攻击方法不能攻击comb点乘算法,也容易遭受"故障检测"和"零块失效"的威胁,使得攻击失败。实验结果表明,代数故障攻击可以对有预计算的点乘算法实现高效攻击,健壮性强。     

基于SM9的CCA安全广播加密方案

选择密文安全模型能有效刻画主动攻击,更接近现实环境.现有抵抗选择密文攻击的密码算法以国外算法为主,缺乏我国自主设计且能抵抗选择密文攻击的密码算法.虽然实现选择密文安全存在通用转化方法,代价是同时增加计算开销和通信开销.基于国密SM9标识加密算法,提出一种具有选择密文安全的标识广播加密方案.方案的设计继承了SM9标识加密算法结构,用户密钥和密文的大小都是固定的,其中用户密钥由一个群元素组成,密文由3个元素组成,与实际参与加密的接收者数量无关.借助随机谕言器,基于GDDHE困难问题可证明方案满足CCA安全.加密算法的设计引入虚设标识,通过该标识可成功回复密文解密询问,实现CCA的安全性.分析表明,所提方案与现有高效标识广播加密方案在计算效率和存储效率上相当.     

抗SPA的多点乘算法

SPA（Simple Power Analysis）攻击可能通过泄露的信息获取内存受限制的设备中的密钥，它是通过区分一次点乘运算中点加运算和倍点运算进行的。抗SPA攻击的点乘算法较多，但对于多点乘算法相关措施较少。Sharmir—NAF多点乘算法是一个时间和空间效率都非常优秀的多点乘算法。为此提出一种基于Sharmir—NAF的抗SPA攻击的多点乘算法。新的算法在内存空间消耗和计算速度上较原算法负担增加可以忽略不计，而且能够抗SPA攻击。     

F_2~m域椭圆曲线密码系统软件实现的优化技术研究

在椭圆曲线密码系统的实现中,选择适当的优化技术对椭圆曲线密码系统的运算性能影响巨大。针对F_2~m域椭圆曲线密码系统的关键操作,讨论了点加、倍点和标量乘法等基本运算的优化实现技术,论证了综合使用各种优化技术可以大大提高整个椭圆曲线密码系统的运算性能。     

基于智能卡的RSA与ECC算法的比较与实现

智能卡上的常用公钥算法为RSA和ECC算法。分别阐述了两者在带有加密协处理器的智能卡平台上的实现过程．包括RSA算法中模幂运算、模乘运算的实现；ECC算法中基域的选择、坐标系的选择、标量乘法和域算术运算的实现。并在In6neon的SLE66CLX系列智能卡芯片上实现了多种密钥长度的RSA和ECC算法，时两种算法的时间和空间效率进行了比较．根据比较结果指出了两者的优劣。     

椭圆曲线基点判断算法的多核并行化

椭圆曲线基点的判断是实现椭圆曲线密码系统（elliptic curve cryptosystems,ECC）的基础。提出了一种针对ECC的基点并行判断算法,此算法基于OpenMP共享存储模型,其并行效率在多核处理器平台上获得了显著的提高,最高达到了110%。实验表明,并行后的基点判断算法的运行速度相比并行前得到了明显提高;并行效率随着n（标量的二进制长度）的增大而逐渐趋于稳定;循环缓存容量对并行效率的提升没有影响;算法能够抵抗旁道攻击。因此,该算法可用于提高ECC基点的选取速度,进而提高整体加/解密速度。     

F2m域椭圆曲线密码系统软件实现的优化技术研究

在椭圆曲线密码系统的实现中,选择适当的优化技术对椭圆曲线密码系统的运算性能影响巨大。针对F₂^m域椭圆曲线密码系统的关键操作,讨论了点加、倍点和标量乘法等基本运算的优化实现技术,论证了综合使用各种优化技术可以大大提高整个椭圆曲线密码系统的运算性能。     

基于GF(2n)上椭圆曲线标量乘的快速实现

椭圆曲线密码体制是一种基于代数曲线的公开密码体制，其曲线的标量乘速度决定了该密码体制的速度。正规基表示基域元素虽然利于硬件实现，但当n较大时会消耗大量的硬件资源。该文通过对椭圆曲线密码体制不同层次的算法进行分析，给出了具体的快速实现方案，并完成了与8位CPU的接口设计。FPGA实现结果表明，硬件消耗为14 544个逻辑单元，在频率为53.70 MHz时钟驱动下，运算速度为每秒40.71次。     

基于多基表示的滑动窗口椭圆曲线多标量乘算法

标量乘运算从整体上决定了椭圆曲线密码体制的快速实现效率，在一些椭圆曲线公钥密码体制中需要计算多标量乘。多基数链的标量表示长度更短、非零比特数目更少，较好地适用于椭圆曲线标量乘的快速计算。为了提高椭圆曲线密码的效率，在已有的二进制域和素域的标量乘算法的基础上，结合滑动窗口技术、多基算法，提出新的更高效的多标量乘算法。实验结果表明，新算法与传统Shamir算法和交错NAF算法相比，其所需的运算量更少，能有效地提高椭圆曲线多标量乘算法的效率，使多标量乘的运算更高效。相比于其他算法，新算法的计算效率比已有的多标量乘算法提高了约7.9%~20.6%。     

基于Frobenius映射的快速标量乘算法

标量乘法的效率决定着椭圆曲线密码体制的性能,而Koblitz曲线上的快速标量乘算法是标量乘法研究的重要课题,在标量k的TNAF约简基础上,给出了一种基于Frobenius映射的上层运算:Comb算法.在预计算阶段,该算法利用Frobenius映射对宽度为r的序列计算其对应椭圆曲线上的点,从而建立预计算表,在累加赋值阶段结合约简后的TNAF(k)和预计算表来提高效率.Comb算法基于高效的Frobenius映射无须进行倍点运算,经过Comb矩阵的组合,其所需点加量是传统算法的1/5～1/4,当行数r任意时,其效率在任意坐标下比传统Comb算法提高至少67%.     

一种灵活的椭圆曲线密码并行化方法

提出标量划分与整合模型,基于此模型,提出一种灵活的椭圆曲线密码标量乘的并行化处理方法。由于该方法是基于标量乘的算法操作级别,因此能在各种不同处理器数量的并行系统中实现。相对于现有的基于固定数量处理器的标量乘并行化方法,本文的并行化方法是灵活的。同时,本文提出的标量乘并行化方法最优时间复杂度可以减少到(logk)A+kD。通过实例比较,本文提出的方法的最优时间复杂度比经典的二进制方法减少了大约30%。     

参数可选的椭圆曲线加密算法的整体设计

ECC算法的实现比较困难,往往需要通过专门的硬件来加速算法实现.讨论了定义在GF(2n)上的参数可选的椭圆曲线密码体制(ECC)的整体设计,分析了其中的关键算法,给出了几个关键算法的设计问题.该方案适合硬件实现.