Piccolo算法的相关密钥-不可能差分攻击

现有的对于Piccolo算法的安全性分析结果中,除Biclique分析外,以低于穷举搜索的复杂度最长仅攻击至14轮Piccolo-80和18轮Piccolo-128算法.通过分析Piccolo算法密钥扩展的信息泄漏规律,结合算法等效结构,利用相关密钥-不可能差分分析方法,基于分割攻击思想,分别给出了15轮Piccolo-80和21轮Piccolo-128含前向白化密钥的攻击结果.当选择相关密钥量为2⁸时,攻击所需的数据复杂度分别为2^58.6和2^62.3,存储复杂度分别为2^60.6和2^64.3,计算复杂度分别为2⁷⁸和2^82.5;在选择相关密钥量为2⁴时,攻击所需的数据复杂度均为2^62.6和2^62.3,存储复杂度分别为2^64.6和2^64.3,计算复杂度分别为2^77.93和2^124.45.分析结果表明,仅含前向白化密钥的15轮Piccolo-80算法和21轮Piccolo-128算法在相关密钥-不可能差分攻击下是不安全的.     

对SMS4密码算法改进的差分攻击

差分分析和线性分析是重要的密码算法分析工具.多年来,很多研究者致力于改善这两种攻击方法.Achiya Bar-On等人提出了一种方法,能够使攻击者对部分状态参与非线性变换的SPN结构的密码算法进行更多轮数的差分分析和线性分析.这种方法使用了两个辅助矩阵,其目的就是更多地利用密码算法中线性层的约束,从而能攻击更多轮数.将这种方法应用到中国密码算法SMS4的多差分攻击中,获得了一个比现有攻击存储复杂度更低和数据复杂度更少的攻击结果.在成功概率为0.9时,实施23轮的SMS4密钥恢复攻击需要2^113.5个明文,时间复杂度为2^126.7轮等价的23轮加密.这是目前为止存储复杂度最低的攻击,存储复杂度为2¹⁷个字节.     

分组密码SHACAL2的Biclique攻击

分组密码算法SHACAL2是由Handschuh等人于2002年基于标准散列函数SHA2设计的,具有较高的安全性.利用SHACAL2算法密钥生成策略与扩散层的特点,构造了SHACAL2的首18轮32维Biclique.基于构造的Biclique对完整64轮SHACAL2算法应用Biclique攻击.分析结果表明,Biclique攻击恢复64轮SHACAL2密钥的数据复杂度不超过2224已知明文,时间复杂度约为2511.18次全轮加密.与已知分析结果相比,Biclique攻击所需的数据复杂度明显降低,且计算复杂度优于穷举攻击.对全轮的SHACAL2算法,Biclique攻击是一种相对有效的攻击方法.这是首次对SHACAL2算法的单密钥全轮攻击.     

缩减轮数Crypton算法中间相遇攻击的改进

Crypton密码算法是韩国学者提出的一种AES候选算法。通过研究Crypton算法的结构特征和一类截断差分路径的性质,利用差分枚举技术权衡存储复杂度和数据复杂度,提出了4轮和4.5轮中间相遇区分器。新的区分器减少了预计算表中的多重集数量,降低了存储复杂度。基于4轮区分器首次给出对7轮Crypton-128的中间相遇攻击,时间复杂度为2¹¹³,数据复杂度为2¹¹³,存储复杂度为290.72。基于4.5轮区分器首次给出对8轮Crypton-192的中间相遇攻击,时间复杂度为2¹⁷²,数据复杂度为2¹¹³,存储复杂度为2¹³⁸。     

Midori-64算法的截断不可能差分分析

分析了Midori-64算法在截断不可能差分攻击下的安全性.首先,通过分析Midori算法加、解密过程差分路径规律,证明了Midori算法在单密钥条件下的截断不可能差分区分器至多6轮,并对6轮截断不可能差分区分器进行了分类;其次,根据分类结果,构造了一个6轮区分器,并给出11轮Midori-64算法的不可能差分分析,恢复了128比特主密钥,其时间复杂度为2^121.4,数据复杂度为2^60.8,存储复杂度为2^96.5.     

用不可能差分法分析12轮ESF算法

轻量级分组密码算法ESF是一种具有广义Feistel结构的32轮迭代型分组密码,轮函数具有SPN结构,分组长度为64比特,密钥长度为80比特。为了研究ESF算法抵抗不可能差分攻击的能力,基于一条8轮不可能差分路径,根据轮密钥之间的关系,通过向前增加2轮、向后增加2轮的方式,对12轮ESF算法进行了攻击。计算结果表明,攻击12轮ESF算法所需的数据复杂度为O(2⁵³),时间复杂度为O(260.43),由此说明12轮的ESF算法对不可能差分密码分析是不免疫的。     

MIBS-64算法的三子集中间相遇攻击

MIBS算法于2009年在CANS会议上提出,是一个32轮Feistel结构、64比特分组长度以及包含64比特、80比特两种主密钥长度的轻量级分组密码.针对该算法密钥编排中第1轮到第11轮子密钥之间存在部分重复和等价关系,本文首次完成了MIBS-64的11轮三子集中间相遇攻击,数据复杂度为2^[47],存储复杂度为2^[47]64-bit,时间复杂度为2^[62.25]次11轮加密.与目前已有的对MIBS-64算法的中间相遇攻击相比,将攻击轮数由10轮扩展至11轮,刷新了该算法在中间相遇攻击下的安全性评估结果.     

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.     

SMS4算法的不可能差分攻击研究

为研究分组加密算法SMS4抵抗不可能差分攻击的能力,使用了14轮不可能差分路径,给出了相关攻击结果。基于1条14轮不可能差分路径,对16轮和18轮的SMS4算法进行了攻击,改进了关于17轮的SMS4的不可能差分攻击的结果,将数据复杂度降低到O(269.47)。计算结果表明:攻击16轮SMS4算法所需的数据复杂度为O(2¹⁰³),时间复杂度为O(2⁹²);攻击18轮的SMS4算法所需的数据复杂度为O(2¹⁰⁴),时间复杂度为O(2123.84)。     

ESF算法的不可能差分密码分析

分析研究了分组密码算法ESF抵抗不可能差分的能力,使用8轮不可能差分路径,给出了相关攻击结果。基于一条8轮的不可能差分路径,根据轮密钥之间的关系,通过改变原有轮数扩展和密钥猜测的顺序,攻击了11轮的ESF,改善了关于11轮的ESF的不可能差分攻击的结果。计算结果表明:攻击11轮的ESF所需要的数据复杂度为O(2⁵³),时间复杂度为O(2³²),同时也说明了11轮的ESF对不可能差分是不免疫的。     

Biclique cryptanalysis on lightweight block cipher: HIGHT and Piccolo

Biclique cryptanalysis is an attack that improves the computational complexity by finding a biclique which is a kind of bipartite graph. We present a single-key full-round attack of lightweight block ciphers, HIGHT and Piccolo by using biclique cryptanalysis. In this paper, a 9-round biclique is constructed for HIGHT and a 4-round biclique for Piccolo. These new bicliques are used to recover secret keys for the full rounds of HIGHT, Piccolo-80 and Piccolo-128, the computational complexity of 2^125.93, 2^79.34 and 2^127.36, respectively. The computational complexity of attacking HIGHT by a biclique cryptanalysis is reduced from 2^126.4. This is the first full-round attack on both Piccolo-80 and Piccolo-128.     

对MIBS算法的Integral攻击

MIBS是M.Izadi等人在2009开发研制的轻量级分组密码算法,它广泛用于电子标签和传感器网络等环境.本文给出了对MIBS算法Integral攻击的4.5轮区分器,利用该区分器对MIBS算法进行了8轮和9轮的Integral攻击,并利用密钥编排算法中轮密钥之间的关系,结合“部分和”技术降低了攻击的时间复杂度.攻击结果如下:攻击8轮MIBS-64的数据复杂度和时间复杂度分别为238.6和224.2;攻击9轮MIBS-80的数据复杂度和时间复杂度分别为239.6和268.4.本文攻击的数据复杂度和时间复杂度都优于穷举攻击.这是对MIBS算法第一个公开的Integral攻击.     

Key recovery attack for PRESENT using slender-set linear cryptanalysisPRESENT 算法的 slender 集线性密钥恢复攻击

In this paper, we propose a new n-round key recovery attack using modified slender-set linear cryptanalysis on PRESENT-like cipher with public S-boxes. In our attack, an effective method for distinguishing the right key from the wrong ones is presented. We apply our attack to PRESENT-80. The experiments show that we can recover the entire 80 key bits of 12-rounds PRESENT-80 with 2{sn32} data complexity, 2³⁶ time complexity, and negligible memory complexity. Furthermore, we investigate an (n+1)-round attack by extending the n-round key recovery attack. Our method can be used in most PRESENT-like ciphers where the linear layer is a bit-wise permutation.     

Differential attack on nine rounds of the SEED block cipher

The SEED block cipher has a 128-bit block length, a 128-bit user key and a total number of 16 rounds. It is an ISO international standard. In this letter, we describe two 7-round differentials with a trivially larger probability than the best previously known one on SEED, and present a differential cryptanalysis attack on a 9-round reduced version of SEED. The attack requires a memory of 2^69.71 bytes, and has a time complexity of 2^126.36 encryptions with a success probability of 99.9% when using 2¹²⁵ chosen plaintexts, or a time complexity of 2^125.36 encryptions with a success probability of 97.8% when using 2¹²⁴ chosen plaintexts. Our result is better than any previously published cryptanalytic results on SEED in terms of the numbers of attacked rounds, and it suggests for the first time that the safety margin of SEED decreases below half of the number of rounds.     

分组密码TWINE的中间相遇攻击

将Biclique初始结构与标准的三子集中间相遇攻击相结合,给出了一种普遍的中间相遇攻击模式.与Biclique分析相比,该模式下的攻击作为算法抗中间相遇攻击的结果更为合理.进一步地,评估了算法TWINE抗中间相遇攻击的能力,通过合理选择中立比特位置以及部分匹配位置,给出了18轮TWINE-80以及22轮TWINE-128算法的中间相遇攻击结果.到目前为止,这是TWINE算法分析中数据复杂度最小的攻击结果.     

Differential Attack on Five Rounds of the SC2000 Block Cipher<Superscript>*</Superscript>

The SC2000 block cipher has a 128-bit block size and a user key of 128,192 or 256 bits,which employs a total of 6.5 rounds if a 128-bit user key is used.It is a CRYPTREC recommended e-government cipher in Japan.In this paper we address how to recover the user key from a few subkey bits of SC2000,and describe two 4.75-round differential characteristics with probability 2-126 of SC2000 and seventy-six 4.75-round differential characteristics with probability 2-127.Finally,we present a differential cryptanalysis attack on a 5-round reduced version of SC2000 when used with a 128-bit key;the attack requires 2-125.68 chosen plaintexts and has a time complexity of 2 125.75 5-round SC2000 encryptions.The attack does not threat the security of the full SC2000 cipher,but it suggests for the first time that the safety margin of SC2000 with a 128-bit key decreases below one and a half rounds.     

5轮Salsa20的代数-截断差分攻击

Salsa20 流密码算法是Estream 最终胜出的7 个算法之一.结合非线性方程的求解及Salsa20 的两个3 轮高概率差分传递链,对5 轮Salsa20 算法进行了代数-截断差分攻击.计算复杂度不大于O(2¹⁰⁵),数据复杂度为O(2¹¹),存储复杂度为O(2¹¹),成功率为97.72%.到目前为止,该攻击结果是对5 轮Salsa20 算法攻击最好的结果.     

RECTANGLE-80的相关密钥差分分析

轻量级分组密码RECTANGLE采用SPN结构,分组长度是64比特,密钥长度是80或128比特,迭代轮数是25轮。其采用比特切片技术,在软硬件实现方面均有很好的性能。本文以Matsui和Moriai等人的自动化搜索算法为基础,采用包珍珍等人提出的2种优化策略,对RECTANGLE-80版本进行相关密钥差分分析。我们对最窄点处的密钥状态差分进行限制,使最窄点密钥状态差分的汉明重量取值范围分别属于区间[1,1],[1,2],[1,3],[1,4],[1,5]五种情况,目的是求得此五种情况下前9轮相关密钥差分最大概率及其对应的路径。我们获得了此5种情况前8轮的最大概率及其对应的路径,前2种情况9轮最大概率及其对应路径和后3种情况9轮最大概率的上界。以上5种情况的结果显示,当取值范围属于后三种情况时,前8轮的最大概率是相同的,由此说明随着取值范围的扩大,最大概率趋向稳定。当最窄点密钥状态差分的汉明重量取值范围属于[1,1]或[1,2]时,9轮的最大概率为2^-42。当取值范围分别是[1,3],[1,4]和[1,5]时,9轮最大概率的上界分别是2^-41,2^-37,2^-34。我们预测9轮最大概率的上界是2^-41,由此可以预测18轮的最大概率的上界是2^-82,从而RECTANGLE-80可以抵抗相关密钥差分分析。这是目前RECTANGLE抵抗相关密钥密码分析安全性评估最好结果。