随机分组密码算法框架及实现

针对现有的对分组密码的攻击方法对于未知结构的密码算法是无效的特点,提出了一个根据已有分组密码算法生成随机密码算法的框架,其密码算法是由随机控制密钥生成的,因而算法是随机的,能抵抗针对固定结构的密码算法的线性密码分析和差分密码分析。同时还提出了一个具体的AES的随机化算法,该算法具有可证明的安全性,其安全性高于原始的AES,性能与原始的AES算法接近。     

对一种身份型广播加密方案的分析和改进

双系统密码技术下的身份型广播加密方案具有在标准模型下, 尺寸固定的短密文和密钥, 无须随机标签和全安全等特点。研究发现该方案是不安全的, 进而提出了一种改进方案, 并在标准模型下运用双系统密码技术给出了改进方案的安全性证明。     

SPA:新的高效安全协议分析系统

研制高效的自动分析系统是密码协议安全性分析的一项关键任务，然而由于密码协议的分析非常复杂，存在大量未解决的问题，使得很多现有分析系统在可靠性和效率方面仍存在许多局限性．该文基于一种新提出的密码协议代数模型和安全性分析技术，设计并实现了一个高效的安全协议安全性自动分析系统(Security Protocol Analyzer，SPA)．首先对协议安全目标进行规范，然后从初始状态出发，采用有效的搜索算法进行分析证明，试图发现针对协议的安全漏洞．使用该系统分析了10多个密码协议的安全性，发现了一个未见公开的密码协议攻击实例．实验数据显示，该系统与现有分析工具相比，具有较高的分析可靠性和效率，可作为网络系统安全性评测以及密码协议设计的有效辅助工具．     

基于模糊评价的分组密码随机性评估模型

检测评估是研究密码算法安全性的重要技术手段.随机特性是其中重要而实用的测评内容.针对密码算法的随机性,已有多种不同的检测方法,但是对繁杂的随机性检测结果,尚不存在一个完整实用的量化评估体系和模型.选择分组密码为实例,研究了对密码算法随机性的量化评估.根据分组密码的设计准则,提出一个分组密码随机性的评估指标体系,以模糊多准则决策为基础给出了一个实用的分组密码随机性评估模型.该模型采用模糊数学中的隶属度函数方法,对随机性检测结果进行模糊化处理,能够反映出随机性的连续和渐变特点,有效解决了单纯的阈值方法造成的评估信息丢失问题.该模型的优点是实现了对分组密码随机性的量化评估,为密码算法的综合评估提供基础.同时,给出了对单个指标和属性的通用的评估流程,因此,该模型也可稍加修改和扩展.应用于其他类型密码算法的随机性评估中.     

一种基于问题求解理论的密码协议形式模型

提出了一种基于问题求解理论的密码协议模型，给出了模型的基本语法以及基于ρ演算的形式语义，明确了模型推理过程中涉及到的一些关键性的概念和命题。该模型具有以下特点：能够对密码协议进行精确的形式化描述；具有合理可靠的可证明语义；对密码协议安全性的定义精确合理；便于实现自动化推理。所有这些均确保了基于该模型的密码协议安全性分析的合理性和有效性，为正确的分析密码协议的安全性提供了可靠依据。     

SPN型密码的通用子空间迹分析

SPN结构是目前最广泛使用的一种分组密码整体结构, AES、ARIA等分组密码算法均采用此结构,对此类SPN型密码的安全性分析是密码分析中的一个研究热点.将子空间迹密码分析方法应用到典型二维SPN型密码和典型三维SPN型密码中,可分别得到其相应的子空间迹和基于子空间迹的通用性质,该性质与密钥、S盒以及列混淆矩阵的定义均无关,可具体描述为:针对一个状态可形式化为n×m二维数组的典型二维SPN型密码,属于类对角子空间同一陪集的所有明文经过5轮加密得到的密文中属于混淆子空间同一陪集的不同密文对数量一定为2 ^n-1的倍数;针对一个状态可形式化为l×n×m三维数组的典型三维SPN型密码,属于类对角子空间同一陪集的所有明文经过7轮加密得到的密文中属于混淆子空间同一陪集的不同密文对数量一定为2^nl–1的倍数.此外,不仅对该性质进行了证明,还在PHOTON算法的内部置换以及小规模版本Rijndael算法、3D算法、Saturnin算法上进行了实验验证,结果与该性质完全一致.     

基于多分辨离散模型的图形密码

为了增强点击型图形密码在触摸屏移动智能终端应用中的易用性和安全性,离散化过程中引入多分辨思想,提出了一种用于图形密码的多分辨离散模型。对比分析数据表明,多分辨离散模型可以在相同的图像尺寸和容错距离情况下,获得比已有离散化方法更大的密码空间,增加攻击难度,提高安全性。同时多分辨离散模型可调整安全强度,可通过扩大容错距离来提高易用性。     

一种基于分组密码的hash函数的安全性分析及构造

利用已有的分组密码构造hash函数是一种非常方便的构造方法.早在1993 年Preneel 等人就对使用分组密码构造的64种hash 函数进行了安全分类,这些hash函数统称为PGV体制,它们都是单倍分组长度的,即输出长度和分组长度相同.2002 年Black在他的论文中对这64 种hash函数的安全性进行了严格的证明,证明其中的20种是安全的,其他是不安全的.随着计算技术的发展,人们感到单倍分组长度的hash函数的安全性不足,于是一些双倍分组长度的基于分组密码的hash函数被提了出来.但是其中的很多是不安全的.在AsiaCrypt2006上,一种使用了5个分组密码的双倍分组长度的hash函数被提了出来.作者声明这种构造方式是安全的,但没有给出安全性证明.本文对该体制进行了分析,发现其安全性并不理想,并针对本文的攻击提出了一种新的基于分组密码的hash函数,同时和SHA-256等hash函数的性能进行了对比.     

电磁分析环境下密码设备面向实际的安全性度量

为在充斥电磁分析旁路攻击敌手的危险环境下评估密码设备的安全性,通过将密码学标准黑盒模型中的敌手能力进行加强,在物理可观测密码术模型的框架内,定义了具有电磁泄漏信息分析能力的密钥恢复敌手与不可分辨性判定敌手。分别以敌手成功率定量度量与敌手优势定性度量,给出密码设备面向实际的安全性度量方式。通过成功率度量方式的实验,比较了几种不同电磁旁路分辨器的攻击能力,以便为进一步研究并开发可证明抵抗电磁分析攻击的密码系统和设备打下基础。     

TMN密码协议的SMV分析

密码协议安全性的分析是网络安全的一个难题，运用形式方法对密码协议进行分析一直是该领域的研究热点。运用模型检测工具SMV对TMN密码协议进行了形式分析。在建立一个有限状态系统模型和刻画TMN密码协议安全性质的基础上，使用SMV对TMN密码协议进行了安全分析。分析结果表明TMN密码协议存在一些未被发现的新攻击。     

Practical security against linear cryptanalysis for SMS4-like ciphers with SP round function

SMS4,a block cipher whose global structure adopts a special unbalanced Feistel scheme with SP round function,is accepted as the Chinese National Standard for securing Wireless LANs.In this paper,in order to evaluate the security against linear cryptanalysis,we examine the upper bound of the maximum linear characteristic probability of SMS4-like ciphers with SP round function.In the same way as for SPN ciphers,it is sufficient to consider the lower bound of the number of linear active s-boxes.We propose a formula to compute the lower bound of the number of linear active s-boxes with regard to the number of rounds.The security threshold of SMS4-like ciphers can be estimated easily with our result.Furthermore,if the number of input words in each round of SMS4-like cipher is m,we find that it is unnecessary for designers to make the linear branch number of P greater than 2 m with respect to linear cryptanalysis.     

A TUTORIAL ON LINEAR AND DIFFERENTIAL CRYPTANALYSIS

In this paper, we present a detailed tutorial on linear cryptanalysis and differential cryptanalysis, the two most significant attacks applicable to symmetric-key block ciphers. The intent of the paper is to present a lucid explanation of the attacks, detailing the practical application of the attacks to a cipher in a simple, conceptually revealing manner for the novice cryptanalyst. The tutorial is based on the analysis of a simple, yet realistically structured, basic Substitution-Permutation Network cipher. Understanding the attacks as they apply to this structure is useful, as the Rijndael cipher, recently selected for the Advanced Encryption Standard (AES), has been derived from the basic SPN architecture. As well, experimental data from the attacks is presented as confirmation of the applicability of the concepts as outlined.     

SIMON不可能差分及零相关路径自动化搜索算法

对于分组密码,不可能差分和零相关线性分析都是很重要的分析手段.通过研究非线性组件与（AND）的性质,首先得到用于刻画SIMON轮函数差分及线性传播特性的约束式,再基于布尔可满足约束问题（SAT）,提出一种普适性不可能差分和零相关路径自动化搜索算法,并利用该算法搜索得到SIMON更多的不可能差分及零相关路径.除用于自动化搜索外,该算法还可判断特定的差分对（掩码对）是否能构成一条有效不可能差分和零相关路径.此外,基于该算法,从抵抗不可能差分攻击的角度出发,给出SIMON轮函数设计中循环移位常数的选取依据.     

概率积分密码分析

在传统的积分密码分析中,积分区分器都是以概率1成立的.虽然Knudsen等学者提到过:“就像差分一样,积分也可以是概率的”,但是,没有文献报道过进一步的研究.文中对此问题进行了探讨,提出了概率积分密码分析方法,并从理论和实验两方面验证了概率积分分析方法的有效性.对于采用S盒设计的分组密码,文中证明了如果S盒的差分均匀性越接近随机概率,则分组密码抵抗概率积分密码分析的能力就越强.同时,文中指出高阶积分分析的某些技巧对于概率积分分析是行不通的,主要原因是随着求和变量个数的增加,积分特征概率趋近于随机概率.最后,文中通过对AES和LBlock这两个算法的概率积分分析实例,说明目前广泛使用的分组密码算法对于概率积分密码分析方法都是免疫的.     

Differential and linear cryptanalysis for 2-round SPNs

In this paper, we examine the security of block ciphers referred to as substitution-permutation networks (SPNs). When the SPN has 2-round, we obtain an upper bound on the maximum differential probability. We also obtain an upper bound on the maximum linear hull probability. Our results extend and sharpen the known results for the 2-round SPNs.     

DiFFerential-algebraic cryptanalysis of reduced-round of Serpent-256

Differential cryptanalysis is a general cryptanalytic tool that makes use of diFFerentials over some rounds of a cipher, combined with some key bit guesses of one or two rounds. This paper introduces a new cryptanalysis strategy of block ciphers named differential-algebraic cryptanalysis. The idea of differential-algebraic cryptanalysis is to find a differential with high probability and build the multivariable system equations for the last few rounds. The subkey values of the last few rounds can be obtaine...     

On computational complexity of impossible differential cryptanalysis

Impossible differential cryptanalysis is one of the conventional methods in the field of cryptanalysis of block ciphers. In this paper, a general model of an impossible differential attack is introduced. Then, according to this model, the concept of an ideal impossible differential attack is defined and it is proven that the time complexity of an ideal attack only depends on the number of involved round key bits in the attack.     

Impossible Differential Cryptanalysis of Reduced-Round ARIA and Camellia

This paper studies the security of the block ciphers ARIA and Camellia against impossible differential cryptanalysis. Our work improves the best impossible differential cryptanalysis of ARIA and Camellia known so far. The designers of ARIA expected no impossible differentials exist for 4-round ARIA. However, we found some nontrivial 4-round impossible differentials, which may lead to a possible attack on 6-round ARIA. Moreover, we found some nontrivial 8-round impossible differentials for Camellia, whereas only 7-round impossible differentials were previously known. By using the 8-round impossible differentials, we presented an attack on 12-round Camellia without FL/FL^-1 layers.     

浅析分组密码分析方法的关联性分析

自从差分分析和线性分析相继被提出以后,许多基于其之上的分析方法陆续出现,各式各样的分析方法通常利用了自算法中所提取的数据的不均匀性来获取密钥的信息。人们在利用这些分析方法对分组密码的安全性进行评估时,经常会发现一些相似的现象,如：某两种区分器的轮数总是相同、两种统计分析方法中所利用的统计量存在数学关系等。所以,在建立新的分析方法的同时,人们渐渐将关注点转移到研究各种已有的分析方法的关联性上。尽管在处理和分析方式有着形式上的不同,但经过仔细分析之后发现许多看似不同的分析方法之间有着一些关联性,研究这种关联性不管是从理论上还是从分析分组密码安全性的角度都是非常有必要的。近几年,各种分析方法之间的关联性逐渐被建立起来。这些关联性的建立一方面有助于我们对已知的分组密码分析方法进行分类,另一方面这些关联性可能会给出分组密码安全性的补充信息。本文中简要介绍了一些已有的分析方法,并总结了已有的分析方法之间的关联性。     

COMPUTER METHODS FOR DECRYPTING RANDOM STREAM CIPHERS

Relaxation algorithms have been used successfully in the automated cryptanalysis of simple substitution ciphers [5,6,7]. This paper describes a Pascal implementation of relaxation using an adjustment formula by Shannon [8]. The formula is used to generate trigram statistics suitable for the solution of simple substitution ciphers without word divisions. Problems encountered when applying relaxation to homophonic ciphers are identified.