PEAK分组密码

提出了一个对称分组密码算法——PEA K。其分组长度为128bit,密钥长度为128bit到512bit可变,但要64bit对齐。该算法整体结构为变种的非平衡Feistel网络,具有天然的加解密相似性。同时在设计中采用了宽轨迹策略,确保算法对差分密码分析和线性密码分析的安全性。该文的目的是寻求公众对PEAK分组密码的测试、分析和评估。     

10轮Midori128的中间相遇攻击

轻量级分组密码由于软硬件实现代价小且功耗低,被广泛地运用资源受限的智能设备中保护数据的安全。Midori是在2015年亚密会议上发布的轻量级分组密码算法,分组长度分为64 bit和128 bit两种,分别记为Midori64和Midori128,目前仍没有Midori128抵抗中间相遇攻击的结果。通过研究Midori128算法基本结构和密钥编排计划特点,结合差分枚举和相关密钥筛选技巧构造了一条7轮中间相遇区分器。再在此区分器前端增加一轮,后端增加两轮,利用时空折中的方法,提出对10轮的Midori128算法的第一个中间相遇攻击,整个攻击需要的时间复杂度为2126.5次10轮Midori128加密,数据复杂度为2125选择明文,存储复杂度2105 128-bit块,这是首次对Midori128进行了中间相遇攻击。     

DBlock密码算法差分故障分析

DBlock算法是于2015年提出的一种新型分组密码算法,算法分组长度与对应密钥长度为128bit、192bit和256bit,均迭代20轮。基于字节故障模型,并利用基于密钥扩展的差分故障分析方法,在密钥扩展算法运行至第17轮时导入随机故障,对DBlock算法进行差分故障分析。实验结果表明,仅需要4次故障密文便可恢复算法的128bit初始密钥。     

分组密码PRESENT的基于MILP的分析

CHES2007上提出的PRESENT算法是一种轻量级分组密码算法,密钥分为80bit和128bit两个版本,攻击者使用包括不可能差分分析在内的多种方法对其进行分析。MILP是一种常用在解决优化商业经济问题的方法,使用这种方法可以有效降低设计与密码分析的工作量。本文使用MILP方法对PRESENT算法的不可能差分分析进行研究,最后得到PRESENT算法不可能差分特征的最优解。     

Piccolo算法的差分故障分析

Piccolo算法是CHES 2011上提出的一个轻量级分组密码算法,它的分组长度为64- bit,密钥长度为80/128-bit,对应迭代轮数为25/31轮.Piccolo算法采用一种广义Feistel结构的变种,轮变换包括轮函数S-P-S和轮置换RP,能够较好地抵抗差分分析、线性分析等传统密码攻击方法.该文将Piccolo算法的S-P-S函数视为超级S盒(Super Sbox),采用面向半字节的随机故障模型,提出了一种针对Piccolo-80算法的差分故障分析方法.理论分析和实验结果表明:通过在算法第24轮输入的第1个和第3个寄存器各诱导1次随机半字节故障,能够将Piccolo-80算法的密钥空间缩小至约22-bit.因此,为安全使用Piccolo算法,在其实现时必须做一定的防护措施.     

Midori64的相关密钥不可能差分分析*

Midori算法是由Banik等人在AISACRYPT2015上提出的一种具有SPN结构的轻量级的加密算法。Midori的分组长度有64bit和128bit两种,分别为Midori64和Midori128,本文主要研究的Midori64。目前攻击者已经使用了不可能差分分析、中间相遇攻击、相关密钥差分分析等方法对Midori进行了分析,却没有使用相关密钥不可能差分分析进行分析。为了验证Midori算法的安全性,本文使用了相关密钥不可能差分分析了Midori算法,构造了一个Midori算法的9轮区分器,进行了Midori算法的14轮攻击,总共猜测了84bit密钥。     

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.     

面向CBC模式的AES高速芯片设计与实现

为以硬件方式高速实现AES密码算法,缩短整个芯片的关键路径,基于一种改进AES密码算法,在算法级对电路实现进行优化,将AES密码算法中字节代替变换与列混合变换进行合并,以查找表的方式实现这两种变换的一步变换。在支持密钥长度为128 bit、192 bit和256 bit AES算法的同时,支持分组密码工作中的ECB,CBC模式,提高了分组密码不同级别的安全性。在0.13μm CMOS工艺下,用Verilog硬件描述语言进行综合,仿真结果表明最高时钟频率可以达到781 MHz,在密钥长度分别为128 bit、192 bit和256 bit时,最大数据吞吐率分别可以达到9.9 Gb/s、8.3 Gb/s和7.1 Gb/s,占用面积38.5 KGates。     

基于Feistel结构的超轻量级分组密码算法(PFP)

面向无线终端资源受限环境对加密算法的应用需求,借鉴PRESENT算法的设计思想,采用Feistel结构,并修改扩散层的P置换,设计了一种超轻量级分组密码算法PFP。其硬件实现需要1355GE,优于PRESENT算法,满足资源极端受限环境的需求(2000GE以下)。速度测试结果表明,PFP算法的软件实现效率约为PRESENT算法的1.5倍。依赖性测试、线性分析、差分分析、不可能差分分析和密钥编排攻击表明,PFP算法满足轻量级分组密码的安全需求。     

改进的10轮Kalyna-128/256中间相遇攻击

分组密码Kalyna在2015年6月被确立为乌克兰的加密标准,它的分组长度为128 bit、256 bit和512 bit,密钥长度与分组长度相等或者是分组长度的2倍,记为Kalyna-b/2b。为了保证该算法在实际环境中能安全使用,必须对其抵抗当下流行的攻击方法中的中间相遇攻击的能力进行评估。通过研究Kalyna-128/256轮密钥之间的线性关系,再结合多重集、差分枚举和相关密钥筛选等技巧构造了四条6轮中间相遇区分器链,在此区分器前端接1轮后端接3轮,再利用时空折中实现了对10轮Kalyna-128/256的中间相遇攻击,攻击所需的数据、时间和存储复杂度分别为2111△个选择明文、2238.63△次10轮加密和2222△个128 bit块。将之前10轮Kalyna-128/256中间相遇攻击最优结果的数据、时间和存储复杂度分别降低了24△倍、214.67△倍和226.8△倍。     

SCENERY: a lightweight block cipher based on Feistel structure

In this paper, we propose a new lightweight block cipher called SCENERY. The main purpose of SCENERY design applies to hardware and software platforms. SCENERY is a 64-bit block cipher supporting 80-bit keys, and its data processing consists of 28 rounds. The round function of SCENERY consists of 8 4 × 4 S-boxes in parallel and a 32 × 32 binary matrix, and we can implement SCENERY with some basic logic instructions. The hardware implementation of SCENERY only requires 1438 GE based on 0.18 um CMOS technology, and the software implementation of encrypting or decrypting a block takes approximately 1516 clock cycles on 8-bit microcontrollers and 364 clock cycles on 64-bit processors. Compared with other encryption algorithms, the performance of SCENERY is well balanced for both hardware and software. By the security analyses, SCENERY can achieve enough security margin against known attacks, such as differential cryptanalysis, linear cryptanalysis, impossible differential cryptanalysis and related-key attacks.     

DESL轮特征搜索算法的实观

DESL是一种轻量级分组密码,对于分组密码最常用的密码分析技术是差分密码分析。差分密码分析根据差分概率表搜索轮特征,采用C＋＋语言实现了搜索轮特征的算法,并搜索得到了三轮、五轮等多种轮特征,为进一步的差分密码分析打下了基础。     

RAIN:一种面向软硬件和门限实现的轻量分组密码算法

RAIN算法的设计基于国际上分组密码设计广泛采用的SPN(substitution permutation network)结构,通过迭代混淆层S盒和扩散层字混合提供强雪崩效应,不仅保证强的安全性,还兼顾了软硬件实现.算法支持64 b分组和128 b分组,2种不同的分组长度采用相同的轮函数结构实现,方案简洁优美.混淆层采用4 b的S盒实现,在S盒实现的时候不仅考虑了其安全性,还考虑S盒的软硬件实现,与扩散层的混合运算结合提供高的实现性能.从差分分析、不可能差分分析、积分攻击和不变子空间分析4个方面对算法进行了自评估,在分析的过程中使用了一些最新的分析方法以及基于MILP(mixed integer linear programming)的自动化搜索等,结果显示:算法可以抵抗现有的分析方法,并且具有较大的安全冗余.RAIN算法软硬件实现效率高,在PC机、ARM平台和硬件FPGA(field programmable gate array)平台下都具有出色的实现性能.算法S盒可以转换为基本逻辑运算,抗侧信道攻击实现代价低.     

BORON: an ultra-lightweight and low power encryption design for pervasive computing

We propose an ultra-lightweight, compact, and low power block cipher BORON. BORON is a substitution and permutation based network, which operates on a 64-bit plain text and supports a key length of 128/80 bits. BORON has a compact structure which requires 1939 gate equivalents (GEs) for a 128-bit key and 1626 GEs for an 80-bit key. The BORON cipher includes shift operators, round permutation layers, and XOR operations. Its unique design helps generate a large number of active S-boxes in fewer rounds, which thwarts the linear and differential attacks on the cipher. BORON shows good performance on both hardware and software platforms. BORON consumes less power as compared to the lightweight cipher LED and it has a higher throughput as compared to other existing SP network ciphers. We also present the security analysis of BORON and its performance as an ultra-lightweight compact cipher. BORON is a well-suited cipher design for applications where both a small footprint area and low power dissipation play a crucial role.     

PRESENT的多模型差分错误分析

PRESENT密码是一种适用于传感器网络、RFID标签等小规模硬件的轻量加密算法。本文对PRESENT算法的差分错误分析方法进行研究,提出了针对PRESENT密码的四种差分错误模型,并对它们进行分析对比,从而找到针对PRESENT算法最好的差分错误分析方法。就我们收集到的现有发表著作显示,此次研究比以往PRESENT的差分错误攻击更为有效。最好结果是,在第28轮和第29轮P置换之间引入8bit随机错误,平均使用17个错误样本分析得到最后一轮64bit白化密钥。     

基于四维混沌猫映射分组密码的设计与分析

基于四维混沌猫映射提出一种新的128 bit混沌分组密码。128 bit数据重新排列成4×4的十进制矩阵,并对其进行8轮运算。在每一轮运算中,随机选取其中某一行和某一列执行四维猫映射变换,再采用子密钥对其变换结果进行加密。对密码算法进行密文随机性测试,明文与密文的相关性测试,明文的敏感性测试和密钥的敏感性测试。安全性分析表明,该分组密码具有抵抗差分攻击和线性攻击的优良性能,并且具有较大的密钥空间。     

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。