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。     

SIMECK密码代数故障攻击研究

针对SIMECK密码给出一种代数故障攻击方法。首先给出SIMECK加密轮函数和密钥生成策略等效代数方程创建方法;分别设定故障已知模型和故障未知模型,并在故障未知模型下提出基于故障注入差分和基于正确/故障密文差分确定故障索引值两种策略创建故障信息方程;利用基于SAT问题求解方程组。结果表明,在SIMECK32/64第24轮注入单比特翻转故障,故障已知模型和基于故障注入差分的故障未知模型均仅需2次注入即可恢复完整64比特主密钥;在第27轮注入故障,基于密文差分的未知模型需9次注入可恢复完整主密钥。与已有研究相比,该攻击密钥搜索复杂度更低,所需故障注入样本量更少。     

针对AES分组密码S盒的差分故障分析

研究了AES分组密码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,结合差分分析技术,通过在AES第8轮列混淆操作前导入随机单字节故障,一次故障导入可将AES密钥搜索空间由2128降低到232.3,在93.6%的概率下,两次故障导入无需暴力破解可直接恢复128位AES密钥.数学分析和实验结果表明:分组密码差分S盒取值的不完全覆盖性为差分故障分析提供了可能性,而AES密码列混淆操作良好的扩散特性极大的提高了密钥恢复效率,另外,本文提出的故障分析模型可适用于其它使用S盒的分组密码算法.     

针对CLEFIA的多字节差分故障分析

研究CLEFIA分组密码对多字节差分故障分析的安全性,给出CLEFIA分组密码算法及故障分析原理。根据在第r轮、r-1轮、 r-2轮注入多字节故障的3种条件,提出一种新的针对CLEFIA的多字节故障模型及分析方法。通过仿真实验进行验证,结果表明,由于其Feistel结构和S盒特性,CLEFIA易遭受多字节故障攻击,6~8个错误密文可恢复128 bit的CLEFIA密钥。     

AC分组密码的差分故障攻击

AC分组密码是2002年提出的一个征求公众测试的密码算法.文中采用面向比特的随机故障模型,结合差分分析技术,利用置换层对故障的扩散特性和S盒的差分分布性质,对AC算法进行了深入分析.并在普通PC机上进行了2000次模拟试验.实验结果表明:平均需要诱导195个错误就可以恢复AC密码的128比特密钥信息.结论是该算法对差分故障攻击不具有免疫力.     

缩减轮的超轻量级分组密码算法PFP的不可能差分分析

基于Feistel结构的轻量级分组密码算法PFP适用于物联网终端设备等资源极端受限环境。目前对PFP算法不可能差分分析的最好结果是利用7轮不可能差分区分器攻击9轮PFP算法，这样可恢复36 b的种子密钥。为了更准确地评估PFP算法抵抗不可能差分分析的能力，对PFP算法结构进行研究。首先，通过分析轮函数中S盒的差分分布特性，找到了概率为1的两组差分；其次，结合置换层特点，构造出一组包含16条不可能差分的7轮不可能差分区分器；最后，基于构建的7轮不可能差分区分器，对9轮PFP算法进行不可能差分分析以恢复40 b种子密钥，并提出对10轮PFP算法的不可能差分分析方法来恢复52 b种子密钥。结果表明，所提方法在区分器数量、分析轮数、恢复密钥比特数等方面均有较大改善。     

持久故障攻击威胁性研究

持久故障攻击是一种利用持久性故障及统计方法恢复密钥信息的强大攻击技术,可应用于分组密码查表实现的密钥恢复,其最大的优势在于仅需一次故障注入即可恢复密钥信息,并且持久故障攻击可以应用于检测技术、掩码技术等经典的分组密码防护实现。虽然如此,经典的故障攻击防护技术仍然提高了持久故障攻击难度,检测、感染技术都使得提取正确密钥所需的密文数量有了常数倍的提升,这对于实际场景中的攻击会造成阻碍。对S盒进行实时的健康性检测是一种防范持久故障攻击的有效手段,一旦检测到S盒被注入故障则不再进行后续加密。持久故障攻击充分利用了S盒的双射特性,故针对S盒的双射特性进行健康性检测是一种高效的防护方法,对于一个8比特的S盒,只需进行255次异或操作即可完成对S盒双射特性的检验,远高于SHA3等通用的校验方法。此外,激光传感器等非算法层面的防护也应受到重视。     

针对MIBS的宽度差分故障分析

MIBS分组密码主要用于RFIv轻量级密码设备实现,对其安全性研究尚无公开结果发表。首先给出了MIBS算法及故障分析原理,提出了一种针对MIBS的宽度差分故障分析方法,并通过仿真实验进行了验证。实验结果表明,由于其Feistel结构和S盒特性,MII3S易遭受宽度故障攻击,通过在第32轮和第31轮分别导入1次32位故障即可将64位主密钥降低到21. 70位,经1秒钟暴力破解恢复完整密钥。该故障分析方法也可为其它分组密码差分故障分析提供一定思路。     

16轮Blow-CAST-Fish的弱密钥攻击

Blow-CAST-Fish的轮函数F由作为算法子密钥的四个S盒构成。如果S盒产生碰撞,则可构造F函数的输入差分为非零、输出差分为零的差分特征,进而对算法进行差分分析以获取其他子密钥。研究单个S盒的碰撞,构造F函数的差分特征,并测试使特征成立的弱密钥比例,给出了特征概率为2-49,弱密钥比例为2-52.4的14轮差分特征,并以此为基础,攻击16轮Blow-CAST-Fish。     

基于差分表的Blow-CAST-Fish算法的密钥恢复攻击

针对Blow-CAST-Fish算法攻击轮数有限和复杂度高等问题,提出一种基于差分表的Blow-CAST-Fish算法的密钥恢复攻击。首先,对S盒的碰撞性进行分析,分别基于两个S盒和单个S盒的碰撞,构造6轮和12轮差分特征;然后,计算轮函数f₃的差分表,并在特定差分特征的基础上扩充3轮,从而确定密文差分与f₃的输入、输出差分的关系;最后,选取符合条件的明文进行加密,根据密文差分计算f₃的输入、输出差分值,并查寻差分表找到对应的输入、输出对,从而获取子密钥。在两个S盒碰撞的情况下,所提攻击实现了9轮Blow-CAST-Fish算法的差分攻击,比对比攻击多1轮,时间复杂度由2^107.9降低到2⁷⁴;而在单个S盒碰撞的情况下,所提攻击实现了15轮Blow-CAST-Fish算法的差分攻击,与对比攻击相比,虽然攻击轮数减少了1轮,但弱密钥比例由{\mathrm{2}}^{-\mathrm{52.4}}提高到{\mathrm{2}}^{-\mathrm{42}},数据复杂度由2⁵⁴降低到2⁴⁷。测试结果表明,在相同差分特征基础上,基于差分表的攻击的攻击效率更高。     

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。     

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.     

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.     

Improved Linear Cryptanalysis of CAST-256

CAST-256, a first-round AES (Advanced Encryption Standard) candidate, is designed based on CAST-128. It is a 48-round Generalized-Feistel-Network cipher with 128-bit block accepting 128, 160, 192, 224 ...     

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.     

DBST: a lightweight block cipher based on dynamic S-box

IoT devices have been widely used with the advent of 5G. These devices contain a large amount of private data during transmission. It is primely important for ensuring their security. Therefore, we proposed a lightweight block cipher based on dynamic S-box named DBST. It is introduced for devices with limited hardware resources and high throughput requirements. DBST is a 128-bit block cipher supporting 64-bit key, which is based on a new generalized Feistel variant structure. It retains the consistency and significantly boosts the diffusion of the traditional Feistel structure. The SubColumns of round function is implemented by combining bit-slice technology with subkeys. The S-box is dynamically associated with the key. It has been demonstrated that DBST has a good avalanche effect, low hardware area, and high throughput. Our S-box has been proven to have fewer differential features than RECTANGLE S-box. The security analysis of DBST reveals that it can against impossible differential attack, differential attack, linear attack, and other types of attacks.     

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...     

Improved preimage attacks on hash modes of 8-round AES-256

We observe the slow diffusion of the AES key schedule for 256-bit keys and find weakness which can be used in the preimage attack on its Davies-Meyer mode. Our preimage attack works for 8 rounds of AES-256 with the computational complexity of 2^124.9. It is comparable with Bogdanov et al.’s biclique-based preimage attack on AES-256, which is applicable up to full rounds but has the computational complexity more than 2^126.5. We also extend our result to the preimage attack on some well-known double-block-length hash modes assuming the underlying block cipher is 8-round AES-256, whose computational complexity is 2^252.9.