ITUbee密码代数旁路攻击

ITUbee是在2013年第二届轻量级加密安全与隐私国际研讨会上提出的轻量级密码算法,对ITUbee密码进行安全分析有着积极意义。研究了ITUbee的代数旁路攻击方法,首先构建ITUbee密码S盒的等价代数方程组;由于构造的方程组不易解,通过采集ITUbee算法的加密功耗泄露,对加密中间状态字节的汉明重进行推断,并将其转化为与密码算法联立的布尔方程组,再利用cryptominisat解析器来求解密钥。实验结果表明,按此思路构造的ITUbee攻击方法所需样本少;在已知明文和未知明密文的场景下,1次ITUbee加密、部分轮汉明重泄露的情况下可成功恢复全部初始密钥。     

基于汉明重的SMS4密码代数旁路攻击研究

基于汉明重泄露模型,对SMS4算法抗代数旁路攻击能力进行了评估.首先构建SMS4算法等价布尔代数方程组,然后采集SMS4加密功耗泄露,基于模板分析对加密中间状态字节的汉明重进行推断,并转化为与密码算法联立的代数方程组,最后利用解析器进行密钥求解.结果表明:SMS4密码易遭受代数旁路攻击;已知明文条件下,2个样本4轮连续汉明重泄露或26轮离散汉明重泄露可恢复128bit SMS4主密钥;未知明密文条件下,2个样本连续5轮汉明重泄露可恢复128bit SMS4主密钥;使用随机掩码防御的SMS4实现仍不能有效防御代数旁路攻击,已知明文条件下,2个样本连续14轮汉明重泄露可恢复128bit SMS4主密钥.为提高攻击实用性,提出了一种容错代数旁路攻击方法,结果表明汉明重推断错误率不超过60％的情况下,2个样本可恢复128bit SMS4主密钥.本文方法对其它分组密码代数旁路攻击研究具有一定的借鉴意义.     

基于碰撞模型的PRESENT密码代数旁路攻击

提出了一种新的分组密码通用的基于碰撞模型的分组密码代数旁路分析方法—代数功耗碰撞攻击,将代数攻击与功耗碰撞攻击结合,首先利用代数分析方法建立密码算法等效布尔代数方程组;然后通过功耗攻击手段获取密码加密过程运行时泄露的功耗信息,经分析转化为加密过程碰撞信息,并表示为关于加密中间状态变元的代数方程组;最后使用CryptoMiniSAT解析器求解方程组恢复密钥。应用该方法对在8位微控制器上实现的PRESENT密码进行了实际攻击,实验结果表明,代数攻击基础上引入额外的代数方程组,可有效降低方程组求解的复杂度;PRESENT易遭受此类代数功耗攻击的威胁,明密文已知,以4个样本全轮碰撞或8个样本部分轮碰撞信息成功获取PRESENT 80bit完整密钥。此外,文中分析方法也可为其它分组密码功耗碰撞分析提供一定思路。     

基于汉明重的EPCBC代数侧信道攻击

为评估EPCBC密码的安全性,在汉明重的基础上,提出一种EPCBC密码代数侧信道攻击方法,并研究影响攻击效率的因素。构建该算法的代数方程组,通过功耗泄露情况推断汉明重,将其转化为代数方程组,并利用解析器求解密钥。实验结果表明,该方法在已知明密文和未知明密文条件下均可恢复出完整密钥。     

针对低轮PRESENT的代数攻击

基于MiniSAT 2.0软件,研究对低轮PRESENT的代数攻击问题。提出将S盒表示为单项式个数较少的无冗余等效方程组的方法,将PRESENT的S盒表示为由14个单项式个数均≤6的8元布尔方程构成的等效方程组,并基于不同的已知明文量,利用MiniSAT软件对PRESENT进行代数攻击实验,获得了较好的攻击效果。实验表明,在已知明文条件下可以在121 h内求出80 bit密钥的5轮PRESENT的全部密钥比特,在选择明文条件下可以在203 h内求出6轮PRESENT的全部密钥比特。     

基于碰撞模型的LED代数旁路攻击

针对轻型分组密码LED提出了一种基于碰撞模型的代数旁路攻击。利用代数攻击方法建立密码算法等效布尔代数方程组,采集算法运行中泄露的功耗信息并转换为碰撞信息,并将碰撞信息转换成额外方程组,从而利用CryptoMiniSAT解析器求解密钥。实验结果表明:旁路碰撞信息可有效降低方程组求解的复杂度;已知明文条件下,利用2轮最少50%的随机碰撞信息,即可在158.5 s内恢复64 bit LED完整密钥。此外,该方法也可用于其他分组密码功耗碰撞分析。     

PRESENT相关功耗分析攻击研究

对PRESENT分组密码抗相关功耗分析能力进行了研究。基于汉明距离功耗模型,提出了一种针对PRESENT S盒的相关功耗分析方法,并通过仿真实验进行了验证。结果表明,未加防护措施的PRESENT硬件实现易遭受相关功耗分析威胁,5个样本的功耗曲线经分析即可恢复64位第一轮扩展密钥,将80位主密钥搜索空间降低到216,因此,PRESENT密码硬件实现需要对此类攻击进行防护。     

针对PRESENT分组密码算法的代数分析*

本文研究针对PRESENT分组密码的代数分析。通过使用S盒的表达式形式,构建出多轮PRESENT加密中的代数方程组。这种构建方程的方法被推广到具有小型S盒的典型SPN型分组密码算法的方程构建问题中。文中还对简化的PRESENT算法进行了攻击实验。采用MiniSAT作为攻击过程中的求解工具,对4轮、6轮PRESENT加密进行实际攻击。可以在一分钟之内恢复4轮加密的所有密钥,数小时内恢复6轮加密的密钥。并且通过引入了差分思想,首次将有效攻击轮数提高到8轮。     

MIBS密码旁路立方体攻击

研究密码MIBS安全性评估问题.基于单比特泄露模型,假定攻击者可以获取加密中间状态的1比特信息泄露.预处理阶段,随机生成不同选择明文和密钥进行极大项和超多项式提取;在线分析阶段,利用超多项式和加密输出中间状态信息泄露构建关于密钥变量的低次方程组,经方程组求解恢复密钥.结果表明:针对MIBS加密第1轮输出的第5比特泄露,26.39个选择明文分析将MIBS-64密钥搜索空间降低至240.经暴力破解可最终恢复64位MIBS完整密钥.改进方法对其它分组密码旁路立方体攻击研究具有一定借鉴意义.     

轻型分组密码LED代数故障攻击方法

针对CHES 2011会议上提出的轻型分组密码LED,给出了一种代数故障攻击方法。首先利用代数攻击方法建立密码算法等效布尔代数方程组;然后基于单比特故障模型根据算法故障密文得到差分故障信息,并转换为额外的代数方程组;最后利用CryptoMiniSAT解析器求解密钥。实验结果表明,针对LED算法代数故障攻击优于传统的差分故障分析,第30轮一次故障注入即可在122 s内恢复LED 64 bit完整密钥。     

A simple power analysis attack against the key schedule of the Camellia block cipher

This paper presents a simple power analysis attack against the key schedule of Camellia. The attack works for the smart card environment which leaks the Hamming weight of data being processed, making use of the Hamming weight to deduce all key bits. It is shown that determining the cipher key given accurate power analysis data is very fast and does not require any pair of plaintext and ciphertext.     

轻量级PRESENT加密算法功耗攻击研究

PRESENT密码算法是2007年提出来的一种轻量级分组密码算法, 适合于物联网环境下的安全加密。对PRESENT加密算法结构进行了深入研究, 提出了其适合功耗攻击的两个最佳攻击点, 详细介绍了针对PRESENT加密系统进行功耗分析攻击的设计与实现过程, 实验结果表明未加防护措施的PRESENT加密系统不能抵御一阶差分功耗分析攻击, 从而给PRESENT加密算法的安全改进提供一定的设计参考。     

针对重用掩码AES算法的随机明文碰撞攻击

侧信道攻击是密码学研究的热点方向,碰撞攻击作为侧信道攻击的重要分支,可从泄露能量中有效提取中间值信息,根据中间值信息检测不同S盒之间的碰撞,并利用碰撞建立不同密钥字节之间的线性关系,缩小密钥候选值的空间。针对使用重用掩码的高级加密标准（AES）算法,自适应选择明文碰撞攻击方法需要预先建立攻击模板,并且实施攻击所需的前提条件较多。提出一种高效的随机明文碰撞攻击方法,基于2个不同S盒输入值的汉明距离及其对应能量迹的欧氏距离之间的关系,从256个密钥异或值中找出正确的密钥异或值。通过理论分析得出该方法无需预先确定碰撞阈值及建立攻击模板,即可有效利用能量迹中未发生碰撞的信息,并且所加密的明文是随机的,能在没有目标设备的情况下实施攻击。实验结果表明,与自适应选择明文碰撞攻击、改进型相关性碰撞攻击等方法相比,该方法减少了实现碰撞攻击所需的前提条件,并且扩大了攻击范围。     

一种基于Grobner基的代数攻击方法

代数攻击能够有效分析出分组密码中的密钥值,Grobner基能够快速求解多变量高次方程组。该文提出一种基于Grobner基的代数攻击方法,用超定代数方程组描述Rijndael加密算法,采用项序转换算法FGML将次数反字典序转化为字典序,使算法能够在已知少量明密文对的情况下对密钥进行求解,通过设计合理的项序和方程组解的判定降低算法复杂度。     

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。     

针对超混沌系统图像加密算法的选择明文攻击

超混沌系统图像加密算法HYPER_HIE由于采用初等变换和异或运算作为加密措施,因此很难抵抗各种攻击。针对该算法的3个步骤,即密钥生成、像素置乱、图像扩散与混乱,选择全零矩阵、行相同矩阵和列相同矩阵这3种明文矩阵,在未知加密密钥的前提下对该算法进行选择明文攻击。通过一个实例表明,该攻击方法仅以很小的计算代价破译了密文。