SNOW3G 与ZUC 流密码的猜测决定攻击

SNOW3G流密码算法是3G Partnership Project(3GPP)中实现数据保密性和数据完整性的标准算法UEA2&UIA2的核心,ZUC是3GPP中加密算法128-EEA3和完整性保护算法128-EIA3的核心.至今还没有针对SNOW3G进行猜测决定攻击的研究结果出现.对SNOW3G进行了猜测决定攻击,其计算复杂度为2320,所需数据量为9个32比特密钥字.通过对ZUC算法设计的分析,将ZUC算法中基于32比特字的非线性函数转化为基于16比特半字的非线性函数,提出了基于16比特半字的猜测决定攻击,其计算复杂度为2392,所需数据量为9个32比特密钥字,该结果优于已有的针对ZUC的猜测决定攻击.分析结果表明,尽管ZUC算法的内部状态规模小于SNOW3G,在抵抗猜测决定攻击方面,ZUC明显优于SNOW3G.     

针对流密码MAG算法的已知明文攻击

基于已知明文的假设下,针对MAG算法初始化、密钥流生成阶段的不同特点,给出2个前向逆推攻击算法。对于密钥规模为 80 bit、128 bit的MAG算法,利用上述2个攻击算法只需已知前128个密钥流输出值,即可恢复其40 bit、32 bit的密钥,计算复杂度为O(214)。模拟结果表明,该方法的平均攻击时间约为9 min,攻击成功率为1。     

流密码算法Grain 的立方攻击

Dinur和Shamir在2009年欧洲密码年会上提出了立方攻击的密码分析方法.Grain算法是欧洲序列密码工程eSTREAM最终入选的3个面向硬件实现的流密码算法之一,该算法密钥长度为80比特,初始向量(initial vector,简称IV)长度为64比特,算法分为初始化过程和密钥流产生过程,初始化过程空跑160拍.利用立方攻击方法对Grain算法进行了分析,在选择Ⅳ攻击条件下,若算法初始化过程空跑70拍,则可恢复15比特密钥,并找到了关于另外23比特密钥的4个线性表达式;若算法初始化过程空跑75拍,则可恢复1比特密钥.     

基于MILP搜索的ANU算法积分分析

ANU算法是由Bansod等人发表在SCN 2016上的一种超轻量级的Feistel结构的分组密码算法。截至目前,没有人提出针对该算法的积分攻击。为了研究ANU算法抗积分攻击的安全性,根据ANU算法的结构建立起基于比特可分性的MILP模型。对该模型进行求解,首次得到ANU算法的9轮积分区分器;利用搜索到的9轮区分器以及轮密钥之间的相关性,对128 bit密钥长度的ANU算法进行12轮密钥恢复攻击,能够恢复43 bit轮密钥。该攻击的数据复杂度为2^63.58个选择明文,时间复杂度为2^88.42次12轮算法加密,存储复杂度为2³³个存储单元。     

流密码Grain-128密钥恢复攻击及改进

流密码Grain-128是Grain v1算法的密钥增长版本。为探讨流密码Grain-128的安全性,指出Grain-128密钥流生成器的3个布尔函数的设计缺陷,在此基础上给出流密码Grain-128一种基于密钥流生成器中间内部状态的密钥恢复攻击。该攻击的计算复杂度和空间复杂度都为O(256)。为了抵抗该攻击,对Grain-128密钥流生成器的设计进行了改进。安全性分析表明,改进后的流密码Grain-128能够抵抗所提出的密钥恢复攻击。     

简化SIMON类算法的立方测试与分析*

针对轻量级分组密码算法SIMON的安全性分析,对SIMON32/64算法抵抗立方攻击的能力和算法内部结构对密钥比特的混淆和扩散性能力进行了评估。基于SIMON类算法的密钥编排特点和轮函数结构,结合立方分析的基本思想,利用FPGA测试平台设计了一个SIMON32/64的立方攻击和密钥中比特检测算法。测试结果表明：在立方变元取6维至24维时,对于7轮SIMON32/64算法,通过立方攻击能够直接恢复47比特密钥,攻击时间复杂度约为218.08;对于8轮SIMON32/64算法,能够直接恢复39比特密钥,攻击时间复杂度约为225.00。对于10轮,11轮SIMON32/64算法,通过立方测试均能够捕获到密钥中比特。     

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。     

对流密码LILI-128的差分故障攻击

对LILI-128算法对差分故障攻击的安全性进行了研究。攻击采用面向比特的故障模型, 并结合差分分析和代数分析技术, 在 LILI-128 算法LFSRd中注入随机的单比特故障, 得到关于LILI-128算法内部状态的代数方程组, 并使用Crypto MiniSAT解析器求解恢复128位初始密钥。实验结果表明, 280个单比特故障注入就可以在1 min内完全恢复LILI-128全部128位密钥。因此, LILI-128密码实现安全性易遭差分故障攻击威胁, 需要对加密设备进行故障攻击防御, 以提高LILI-128密码实现安全性。     

LEX算法的输出位置分析

LEX算法是进入eSTREAM计划第三阶段的一个候选算法,该算法的基本思想是从AES算法中输出一部分中间状态作为LEX算法的密钥流。研究输出位置对LEX算法的安全性影响,考察输出位置在奇数轮和偶数轮相同的情况下LEX算法的安全性,利用猜测决定攻击对该LEX算法进行分析,在已知236.3字节的密钥流序列的条件下,仅需要281.4轮LEX加密就可完全恢复128比特初始密钥,远远小于对LEX算法的现有分析结果。该结果表明,现有LEX算法的输出位置的选择是合理的。