AKF: A key alternating Feistel scheme for lightweight cipher designs

In the classical Feistel structure the usage of alternating keys makes the cipher insecure against the related key attacks. In this work, we propose a new block cipher scheme, AKF, based on a Feistel structure with alternating keys but resistant against related key attacks. AKF leads constructions of lightweight block ciphers suitable for resource restricted devices such as RFID tags and wireless sensor nodes.  

一种 KLEIN 密码的差分故障分析

针对 KLEIN 密码算法提出一种可行的差分故障分析方法，研究 KLEIN 密码对差分故障分析的安全性。经多次分析尝试，选择分别向16个字节处各导入1比特随机故障，相当于每次引入16个随机故障。通过在 KLEIN 密码第12轮 S 盒置换操作之前对各字节引入1比特随机故障，并构造了 S 盒差分区分器来搜索差分值，最终恢复64比特密钥。实验结果表明，平均2．73次诱导此类故障即可恢复主密钥，同时大大降低了搜索空间。  

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.  

缩减轮数PRESENT算法的Biclique分析

轻量级分组密码算法PRESENT由于其出色的硬件实现性能和简洁的轮函数设计,一经提出便引起了工业界与学术界的广泛关注.文中作者基于Biclique分析方法,首次提出针对21轮PRESENT-80算法的Biclique密钥恢复攻击方法.该攻击方法需要278.9的计算复杂度和264的数据复杂度.此外,针对PRESENT-80的Bielique攻击也可推广到相同轮数的PRESENT-128和DM-PRESENT压缩函数的安全性分析.与其它已公开密码学安全性分析结果相比,作者提出的Bielique攻击在内存复杂度上具有一定的优势.  

面向ATtiny微处理器的KLEIN分组密码算法实现

随着无线传感器和射频芯片等物联网应用的广泛兴起,相应的信息安全问题也得到更多的重视.由于具有低功耗的特性,轻量级分组密码算法在资源受限环境下的应用前景得到广泛关注.在RFIDSec 2011会议上,Gong等人提出一种新的适用于物联网资源环境下软件实现的轻量级分组密码算法KLEIN.本文从ATtiny微处理器的特点出发,基于AVR ASM语言给出了KLEIN分组加密算法的优化实现.在实现过程中,采用查找表和逻辑运算相结合的方法,降低了算法在MixNibbles步骤上的计算复杂度,在算法实现的处理速度和存储开销数据上取得较好的平衡.实际试验数据表明,优化后的KLEIN算法实现在ATtiny微处理器平台下与原有算法实现相比具有较大优势.  

低轮MIBS分组密码的积分分析

分组密码算法MIBS是轻量级密码算法,其设计目标是适用于RFID和传感等资源受限的环境.对其进行了积分分析,给出了一个5轮的积分区分器,并利用高阶积分的技术将该5轮区分器向前扩展了3轮.据此对MIBS进行了8轮、9轮和10轮的攻击.8轮攻击数据复杂度为29.6,时间复杂度为235.6次加密；9轮的攻击数据复杂度为237 6,时间复杂度为240次加密；10轮的攻击数据复杂度为261.6,时间复杂度为240次加密.同时该攻击结果适用于MIBS-64和MIBS-80两个版本.研究结果表明,这种所使用的高阶积分技术对于Feistel-SP结构的分组密码普遍适用.  

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.  

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.  

Surge:一种新型、低资源、高效的轻量级分组密码算法

目前,适合资源约束的轻量级密码算法已成为研究热点。提出一种低资源、高性能与高安全性的新轻量级分组密码算法Surge。Surge密码分组长度为64位,使用64位、80位和128位3种密钥长度,且基于SPN结构。轮函数分为5个模块,密钥扩展模块采用无扩展方式；轮常数加模块采用0到15的数字组合成轮常数,构造高效且高度混淆的轮常数加变换；列混合模块利用易于硬件实现的(0,1,2,4)组合矩阵,从而可以在有限域GF(2⁴)上构造硬件实现友好型矩阵。将Surge算法在FPGA上进行了实现,实验结果表明,相对于目前SPN结构的轻量级密码算法,Surge算法占用的面积资源更小,同时有着良好的加密性能；安全性实验证明了Surge可以有效抗差分与线性攻击、代数攻击。  

基于双伪随机变换和Feistel结构的轻量级分组密码VHF

针对资源受限的移动终端对轻量级密码的需求,提出了一种 基于双伪随机变换和Feistel结构的新的轻量级分组密码算法VHF。类似于许多其他轻量级分组密码,VHF的分组长度为128bit,密钥长度为80bit和128bit。VHF的安全评估结果表明,其可以对已知的攻击实现足够的安全性,如差分分析、线性分析和不可能差分分析等。在安全的基础上测试软件效率及硬件实现,与现有的轻量级分组密码进行的对比表明,VHF的软硬件效率都高于同为面向8位平台的国际标准CLEFIA算法。