SMS4密码算法的差分故障攻击

SMS4是用于WAPI的分组密码算法,是国内官方公布的第一个商用密码算法．由于公布时间不长,关于它的安全性研究尚没有公开结果发表．该文研究SMS4密码算法对差分故障攻击的安全性．攻击采用面向字节的随机故障模型,并且结合了差分分析技术．该攻击方法理论上仅需要32个错误密文就可以完全恢复出SMS4的128比特种子密钥．因为实际中故障发生的字节位置是不可能完全平均的,所以实际攻击所需错误密文数将略大于理论值;文中的实验结果也验证了这一事实,恢复SMS4的128bit种子密钥平均大约需要47个错误密文．文章结果显示SMS4对差分故障攻击是脆弱的．为了避免这类攻击,建议用户对加密设备进行保护,阻止攻击者对其进行故障诱导．     

SMS4密码算法的差分功耗分析攻击研究

SMS4算法是用于无线局域网产品的分组密码算法,本文研究对SMS4密码算法的差分功耗分析攻击方法. 通过对算法结构的分析,结合差分功耗分析技术的原理,提出一种面向轮密钥字节的攻击方法. 在利用该方法获取最后四轮轮密钥的基础上,即可进一步推算出128bit加密密钥. 仿真实验结果证明,该攻击方法对SMS4轮运算有效可行,SMS4算法对差分功耗分析攻击是脆弱的,密码硬件设备需要对此类攻击进行防护.     

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.     

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)。     

针对自同步HBB算法的改进差分攻击

在证明Joux方法对自同步HBB算法的差分攻击成功率约为0.31的基础上,分析恢复密钥所需的数据复杂度与成功率的关系,提出改进的差分攻击方法。利用HBB算法中SPS结构重量为2的输入差分的分布规律,将攻击成功率提高至0.6,数据复杂度由2 KB降为 1.3 KB。     

LiCi密码的差分故障攻击

LiCi轻量级分组密码算法是2017年提出的一种新型密码算法,其具有结构微小、消耗能量少等优点,适用于物联网等资源受限的环境.在LiCi的设计文档中,对该算法抵御差分攻击和线性攻击的能力进行了分析,但LiCi算法对于差分故障攻击的抵抗能力尚未得到讨论.针对LiCi算法每轮迭代的移位规律,在第31轮迭代时的左半侧多次注入...     

基于ESF密码算法改进的差分故障攻击

利用置换层结构的特点及差分故障的基本思想,提出一种针对ESF算法的差分故障攻击方法.在第30轮多次注入1比特故障,根据S盒的差分特性,由不同的输入输出差分对,得到不同的S盒的输入值集合,取其交集可快速确定唯一的S盒的可能输入值,分析得出最后一轮轮密钥.采用同样的方法,多次在第29轮、28轮注入1比特故障,结合最后一轮轮密钥,同样利用S盒的差分特性分析得出倒数第2轮、第3轮轮密钥.共需约10个故障密文,恢复3轮轮密钥后将恢复主密钥的计算复杂度降为2²².     

SHACAL-2*算法的差分故障攻击

采用基于字的随机故障模型对SHACAL-2*算法进行差分故障攻击,理论结果和实验数据都表明以超过60％的成功概率恢复512 bit的种子密钥需要160个随机故障,以超过97％的成功概率恢复512 bit的种子密钥需要204个随机故障.SHACAL-2*算法可以找到两个有效的差分故障位置,而SHACAL-2算法只有一个有效的差分故障位置.因此,从实施差分故障攻击的难易程度看,SHACAL-2*算法抵抗差分故障攻击的能力弱于SHACAL-2算法.     

差分故障攻击在密码分析中的应用

信息时代的到来给世界带来翻天覆地的变化,以密码学为代表的信息技术为信息时代发展提供了理论基础和安全保障.密码学包括密码设计和密码分析两部分,本文介绍了在密码分析中一种重要和热门的方法——差分故障攻击方法.这是一种高效强力的密码攻击方法,来源于差分分析,应用广泛,对几乎所有密码方案都产生巨大威胁.当然,这种方法从提出到应用也经历了很多争议和考验.     

分组密码算法SMS4的暴力破解及模拟实现

加密算法的安全性在很大程度上取决于暴力破解的不可行性。暴力破解加密算法是密码学研究的一个重要方向。该文采用分布式计算方法,设计了暴力破解SMS4加密算法的软件。在局域网内对SMS4算法的暴力破解做了模拟实现,并对软件的性能进行了测试。最后对软件及SMS4算法的暴力破解结果进行了分析,并指明了下一步的工作方向。     

针对椭圆曲线密码系统点乘算法的改进差分故障攻击

针对故障攻击椭圆曲线点乘算法失效问题,提出一种改进的差分故障攻击算法。该算法消除了非零块的假设,并引入验证机制抵抗了“故障检测”失效威胁。以SM2算法提供的椭圆曲线为例,通过软件仿真成功攻击了二进制点乘算法、二进制非相邻型（NAF）点乘算法和蒙哥马利点乘算法,3小时内恢复出了256比特私钥。针对二进制NAF点乘算法攻击过程进行了优化,将攻击时间缩短至原来的五分之一。实验结果表明,所提算法能够提高攻击的有效性。     

基于穷举策略的缩水算法

穷举是猜测密码口令字最常用的方法,基于对概率和社会工程方面的分析,提出在穷举计算中减少口令字穷举数量的缩水算法,用以提高穷举的速度和缩短口令字的命中时间.以猜测MD5散列明文为例进行了缩水测试,比较了传统算法与使用缩水算法后不同的命中时间期望.证明了在满足算法适用的前提下,算法有明显缩水效果.算法不仅对穷举猜测工作具有指导意义,对穷举猜测软件、字典工具软件的开发均有所启示.     

基于现场可编程门阵列的SMS4故障检测实现

硬件实现的SMS4加密算法计算过程中容易出现故障,为防止攻击者利用故障信息进行故障攻击从而破解SMS4算法,提出一种针对SMS4算法的故障检测方案。该方案首先分析了硬件实现的SMS4算法出现故障的位置及其影响,然后在关键路径上建立了3个检测点,通过实时监测检测点来定位算法执行过程中出现的故障。一旦成功检测到故障,立即重新执行算法以保证攻击者难以获取有效的故障信息。将提出的方案和原无故障检测的算法分别在Xilinx公司的Virtex-7和Altera公司的Cyclone Ⅱ EP2C35F76C6两个现场可编程门阵列(FPGA)上综合实现,在Virtex-7上,提出的带故障检测的方案比原算法占用逻辑资源增加30%,吞吐量相当;在EP2C35F76C6上比原算法增加0.1%的硬件资源,吞吐量达到原来的93%。实验结果表明,在尽量不影响吞吐量的前提下,提出的方案占用硬件资源小,并且可以有效地检测出故障,从而避免SMS4算法受到故障攻击。     

Differential Fault Analysis on SMS4 using a single fault

Differential Fault Analysis (DFA) attack is a powerful cryptanalytic technique that could be used to retrieve the secret key by exploiting computational errors in the encryption (decryption) procedure. In this paper, we propose a new DFA attack on SMS4 using a single fault. We show that if a random byte fault is induced into either the second, third, or fourth word register at the input of the 28-th round, the 128-bit key could be recovered with an exhaustive search of 22.11 bits on average. The proposed attack makes use of the characteristic of the cipher's structure and its round function. Furthermore, it can be tailored to any block cipher employing a similar structure and an SPN-style round function as that of SMS4.     

Improved preimage attack on one-block MD4

MD4 is a hash function designed by Rivest in 1990. The design philosophy of many important hash functions, such as MD5, SHA-1 and SHA-2, originated from that of MD4. We propose an improved preimage attack on one-block MD4 with the time complexity 2⁹⁵ MD4 compression function operations, as compared to the 2^{107 1} complexity of the previous attack by Aoki et al. (SAC 2008). The attack is based on previous methods, but introduces new techniques. We also use the same techniques to improve the pseudo-preimage and preimage attacks on Extended MD4 with 2^25.2 and 2^12.6 improvement factor, as compared to previous attacks by Sasaki et al. (ACISP 2009).     

Improved differential fault analysis on PRESENT-80/128

PRESENT is a hardware-optimized 64-bit lightweight block cipher which supports 80- and 128-bit secret keys. In this paper, we propose a differential fault analysis (DFA) on PRESENT-80/128. The proposed attack is based on a 2-byte random fault model. In detail, by inducing several 2-byte random faults in input registers after 28 rounds, our attack recovers the secret key of the target algorithm. From simulation results, our attacks on PRESENT-80/128 can recover the secret key by inducing only two and three 2-byte random faults, respectively. These are superior to known DFA results on them.     

DES算法DFA攻击的差分差错位置判别方法

利用DFA攻击方法的1比特差分差错模型,分析了DES算法的1比特差分差错所处的位置与密文差分之间的关系,并对分析结果进行了实验测试。利用分析结果,可以根据密文差分的特点有效地判断1比特差错所处的位置,进而顺利地进行DFA攻击。     

轻量级分组密码TWINE的差分故障攻击

为了对轻量级分组密码TWINE的安全性进行研究,分析了轻量级分组密码TWINE的抗差分故障攻击特性,给出了TWINE一种差分故障分析方法,采用面向半字节的随机故障模型对TWINE算法进行攻击.实验结果表明,在35轮注入4次故障后可将密钥空间降低至约220,平均注入13.15次故障后可完全恢复80 bit密钥,最好的情况为注入12次故障完全恢复种子密钥.因此得到结论:TWINE算法易受差分故障攻击,需在使用前对设备加以保护.