PRESENT轻量级密码的中间相遇统计故障分析

PRESENT算法是于2007年在国际密码硬件与嵌入式系统会议提出的一种轻量级分组密码,2012年成为国际轻量级算法标准ISO/IEC-29192-2,适用于物联网中射频识别标签、网络传感器、智能卡等设备的数据保护.本文结合PRESENT密码的设计结构和实现特点,基于统计分析和中间相遇分析策略,提出了一种中间相遇统计故障分析方法,设计了皮尔逊相关系数-汉明重量、库尔贝克莱布勒散度-汉明重量区分器和杰卡德相似系数-汉明重量-极大似然估计等区分器,可以分别破译PRESENT密码全部版本的80比特和128比特原始密钥.该方法攻击轮数更深,故障数和耗时更少,有效地扩展了攻击范围,提升了攻击能力.结果表明,中间相遇统计故障分析对PRESENT密码构成了严重威胁.该研究为轻量级密码的实现安全研究提供了有价值的参考.     

一种KLEIN密码的差分故障分析

针对KLEIN密码算法提出一种可行的差分故障分析方法,研究KLEIN密码对差分故障分析的安全性。经多次分析尝试,选择分别向16个字节处各导入1比特随机故障,相当于每次引入16个随机故障。通过在KLEIN密码第12轮S盒置换操作之前对各字节引入1比特随机故障,并构造了S盒差分区分器来搜索差分值,最终恢复64比特密钥。实验结果表明,平均2.73次诱导此类故障即可恢复主密钥,同时大大降低了搜索空间。     

物联网环境下LED轻量级密码算法的安全性分析

LED算法是于2011年CHES会议中提出的一种新型轻量级密码算法,用于在物联网环境下保护RFID标签以及智能卡等设备的通信安全.文中提出并讨论了一种针对LED算法的差分故障攻击方法.该方法采用面向半字节的随机故障模型,通过在LED算法中导入故障,分别仅需要3个错误密文和6个错误密文,即可恢复LED算法的64bit和128bit原始密钥.实验结果表明,针对LED算法的差分故障攻击方法不仅扩展了故障诱导的攻击范围,而且提高了故障诱导的效率,减少了错误密文数,从而为故障攻击其它轻量级密码算法提供了一种通用的分析手段.     

对PICO算法基于可分性的积分攻击

对近年来提出的基于比特的超轻量级分组密码算法PICO抵抗积分密码分析的安全性进行评估。首先,研究了PICO密码算法的结构,并结合可分性质的思想构造其混合整数线性规划（MILP）模型;然后,根据设置的约束条件生成用于描述可分性质传播规则的线性不等式,并借助数学软件求解MILP问题,从目标函数值判断构建积分区分器成功与否;最终,实现对PICO算法积分区分器的自动化搜索。实验结果表明,搜索到了PICO算法目前为止最长的10轮积分区分器,但由于可利用的明文数太少,不利于密钥恢复。为了取得更好的攻击效果,选择搜索到的9轮积分区分器对PICO算法进行11轮密钥恢复攻击。通过该攻击能够恢复128比特轮子密钥,攻击的数据复杂度为2^63.46,时间复杂度为2⁷⁶次11轮算法加密,存储复杂度为2²⁰。     

对PICO算法基于可分性的积分攻击

对近年来提出的基于比特的超轻量级分组密码算法PICO抵抗积分密码分析的安全性进行评估。首先，研究了PICO密码算法的结构，并结合可分性质的思想构造其混合整数线性规划（MILP）模型；然后，根据设置的约束条件生成用于描述可分性质传播规则的线性不等式，并借助数学软件求解MILP问题，从目标函数值判断构建积分区分器成功与否；最终，实现对PICO算法积分区分器的自动化搜索。实验结果表明，搜索到了PICO算法目前为止最长的10轮积分区分器，但由于可利用的明文数太少，不利于密钥恢复。为了取得更好的攻击效果，选择搜索到的9轮积分区分器对PICO算法进行11轮密钥恢复攻击。通过该攻击能够恢复128比特轮子密钥，攻击的数据复杂度为2^63.46，时间复杂度为2⁷⁶次11轮算法加密，存储复杂度为2²⁰。     

对5轮Square的中间相遇攻击

Square分组密码算法是美国数据加密标准AES算法的前身,它的分组长度、主密钥长度和轮密钥长度都是128比特.文中给出了一个4轮的Square区分器.通过这个区分器找到Square第三轮的密文可以在某些条件下用比较少的参数来表示,减少攻击的运算量.运用这个区分器成功地实现了对5轮Square的中间相遇攻击.这个攻击比其他的攻击的准备阶段和空间复杂度在花费上都少,攻击的先前准备阶段的时间复杂度为234,空间复杂度为272,攻击的时间复杂度为272.     

LBlock 中间状态的代数表示及其侧信道攻击

LBlock是吴文玲和张蕾在ACNS2011上提出的轻量级分组密码,目前未见对该体制的公开的密码分析文章。用符号计算软件Mathematica7.0得到了LBlock第三轮输出的最低比特的代数表达式(以明文和主密钥比特为自变量)。该代数表达式只与8比特密钥和9比特明文有关,可以用于对LBlock在单比特泄露模型下的侧信道攻击。模拟实验表明,假设第三轮输出的最低比特泄露,则用8个已知明文,85%的概率下可以恢复6~7比特密钥。     

对CRYPTON V1.0算法的积分攻击

CRYPTONV1.0密码是一个具有128比特分组长度、128比特密钥的分组密码。CRYP-TONV1.0密码的线性层是基于比特设计的,因而传统的积分攻击无法对其进行分析。本文对CRYP-TONV1.0密码进行分析,从比特的层面上寻找平衡性,得到了一个3轮积分区分器,区分器的可靠性在PC机上进行了验证,该区分器需要1024个明文将3轮CRYPTONV1.0与随机置换区分开来,并且所得密文的每一比特都是平衡的。基于该区分器,对低轮CRYPTONV1.0密码进行了攻击,结果表明,攻击4轮CRYPTONV1.0密码的数据复杂度为211,时间复杂度为223,攻击5轮的数据复杂度为212.4,时间复杂度为253。     

概率积分及其在PUFFIN算法中的应用

积分分析是一种针对分组密码十分有效的分析方法,其通常利用密文某些位置的零和性质构造积分区分器.基于高阶差分理论,可通过研究密文与明文之间多项式的代数次数来确定密文某些位置是否平衡.从传统的积分分析出发,首次考虑常数对多项式首项系数的影响,提出了概率积分分析方法,并将其应用于PUFFIN算法的安全性分析.针对PUFFIN算法,构造了7轮概率积分区分器,比已有最好的积分区分器轮数长1轮.进一步,利用构造的概率积分区分器,对9轮PUFFIN算法进行密钥恢复攻击.该攻击可恢复92比特轮密钥,攻击的数据复杂度为2^24.8个选择明文,时间复杂度为2^35.48次9轮算法加密,存储复杂度为2²⁰个存储单元.     

轻量级分组密码算法ESF的不可能差分分析

新的轻量级密码算法ESF用于物联网环境下保护RFID标签以及智能卡等设备的通信安全.ESF算法是一种具有广义Feistel结构的32轮迭代型分组密码,轮函数是SPN结构.分组长度为64比特,密钥长度为80比特.通过不可能差分分析方法来寻找ESF算法的不可能差分特征,给出ESF算法8轮不可能差分区分器来攻击11轮ESF算法.实验结果表明,ESF对不可能差分密码分析有足够的安全免疫力.