基于APN置换的分组密码S盒研究

S盒是分组密码中唯一非线性部件,S盒的密码强度决定了整个密码算法的安全强度。输入变量为偶数的APN置换函数是构造分组密码S盒的最佳选择,寻找这种函数一直是一个公开问题。利用输入变量为6的APN置换函数的最新研究成果,应用仿射置换变换设计出6位的APN S盒,再应用动态S盒的设计思想,实现一种主流的8位S盒。     

利用遗传算法构造S-盒

S(substitution) -盒是许多分组密码算法中的唯一非线性映射 ,它的密码强度决定了整个密码算法的安全强度。目前多采用m -序列、幂函数等方法来构造S -盒 ,但对于构造性能优良的 8× 8S -盒上述方法并不十分有效。本文采用遗传算法构造S -盒 ,引入约束条件减小了S -盒的搜索空间 ,提高了搜索S -盒的效率。实验结果表明 ,该方法可以快速搜索到大量能够较强地抵抗差分密码分析和线性密码分析的S -盒     

SMS4算法S盒的密码学性质

S盒是分组密码的重要组成部分,在很大程度上决定了分组密码的安全性。该文研究了中国分组密码标准SMS4算法S盒的平衡性、差分性质、线性结构、非线性、Walsh谱等性质,通过与美国高级加密标准、欧洲分组加密标准Camellia的S盒作比较,说明了SMS4算法S盒一些较好的安全特性。     

SMS4算法S盒布尔函数的Walsh谱分析

S盒是现代对称密码中非常重要的组成部分,是大多数分组密码中唯一的非线性结构,在很大程度上决定分组密码的安全性.利用Walsh谱理论,分析中国最新分组密码标准SMS4算法S盒的线性性、非线性性、平衡性、严格雪崩特性和扩散特性等密码性质,从理论上揭示SMS4算法S盒的安全性.     

基于抗退化混沌系统的动态S盒设计与分析

S盒是分组密码算法中的关键部件之一,其混淆和置乱作用决定着整个密码算法的安全强度。为使基于混沌系统生成的S盒具有更好的密码学性能,提出了一种基于抗退化混沌系统的动态S盒设计方案。首先,使用Lorenz混沌映射扰动Chebyshev混沌映射;然后,使用截取位数法和划分区间法生成两种初始S盒;最后,使用索引排序扰乱法得到最终S盒。所提抗退化混沌系统生成的混沌序列不存在短周期现象,具有遍历性、不可预测性等特点;运用于S盒的设计中能极大提升S盒的安全性能,消除混沌生成源的安全隐患;并且,通过对系统参数的调控可批量地生成动态S盒。对S盒的安全性能,即非线性度、差分均匀性、严格雪崩准则、输出比特间独立性和双射特性进行了测试和对比,实验结果表明,所提方案生成的S盒具有更好的密码学性能,可用于分组密码算法的设计中。     

一种改善双射S盒密码特性的有效算法

S盒是许多密码算法中的惟一非线性部件，它的密码强度决定了整个密码算法的安全强度．利用基因算法可以构造出密码特性良好的S盒，实践证明，若能在基因算法的中间过程对子S盒的密码特性作局部优化，将会使算法更加有效．William Millan曾给出一个改善双射S盒的非线性度的算法．而差分均匀性也是衡量S盒密码特性的一个重要指标，研究了如何利用差分矩阵来改善差分均匀性，并给出了一个实用的算法，它能同时改善一个随机选取的双射S盒的非线性度和差分均匀性．     

适于硬件实现的S盒构造方法

有限域上的乘法求逆变换和仿射变换混合后良好的密码学性质是Rijndeal、Camellia、SMS4等分组密码算法S盒设计的基础,总结了三种分组密码算法的S盒密码学性质,在此基础上提炼出一类S盒的构造模型,并根据硬件实现的特点,利用循环矩阵给出了一大批S盒。与Rijndeal算法S盒相比,此类S盒的密码学性质更加优良,同时硬件实现的资源开销与Rijndeal算法S盒大体相当。     

基于时空混沌的S盒产生算法

置换盒又被称为S盒,是分组密码中常采用的重要部件。在分析S盒性能评价指标的基础上,提出了一种基于时空混沌的S盒产生方法。仿真测试表明根据该方法,可以产生一批具有良好性能的S盒,为开发新的分组密码算法奠定了很好的基础。     

密码组件安全指标测试工具设计与实现

对称密码是信息系统中数据保密的核心技术，而非线性S盒通常是其中的关键密码组件，广泛用于分组密码、序列密码和MAC(Message Authentication Code)算法等设计。为了保障密码算法设计的安全性，首先，研究了差分均匀度、非线性度、不动点数、代数次数与项数、代数免疫度、雪崩特性、扩散特性的指标测试方法；其次，通过可视化窗口设计输出S盒的各个安全指标结果，并以弹窗形式给出对应安全指标的细节描述；再次，重点设计了S盒非线性度和代数免疫度的子模块，并对应非线性度简化了线性分布表，且基于定理对代数免疫度计算过程进行了优化和举例说明；最后，实现了S盒的测试工具，并给出了7种安全指标测试和案例演示。所提测试工具主要应用于对称密码算法的非线性组件S盒安全指标的测试，进而为算法整体提供安全保障。     

一种针对Camellia的改进差分故障分析

查找S盒是分组密码设计中的一种重要操作,也是防御传统线性和差分分析的有效手段,但是当考虑到密码实现泄露的物理效应信息时,其却成为了密码系统最脆弱的一部分.文中对使用S盒的分组密码故障攻击进行了研究,给出了一种针对Camellia的改进差分故障分析方法.首先,将针对使用S盒的分组密码差分故障分析归结为求解S盒输入和输出差...     

几类高强度密码S盒的安全性新分析

针对几类高强度密码S盒是否存在新的安全性漏洞问题,提出了一种求解S盒非线性不变函数的算法。该算法主要基于密码S盒输入和输出的代数关系来设计。利用该算法对这几类密码S盒进行测试,发现其中几类存在相同的非线性不变函数;此外,如果将这些S盒使用于分组密码Midori-64的非线性部件上,将会得到一个新的变体算法。利用非线性不变攻击对其进行安全性分析,结果表明：该Midori-64变体算法存在严重的安全漏洞,即在非线性不变攻击下,存在2⁶⁴个弱密钥,并且攻击所需的数据、时间及存储复杂度可忽略不计,因此这几类高强度密码S盒存在新的安全缺陷。     

基于Hénon映射的块加密算法

利用Hénon映射，提出了一个使用多动态S-box的块加密算法。使用Hénon映射，生成多个动态S-box，对各个数据块加密、解密时，按照一定规则选择其中一个变换函数（S-box）。对文本、图像、音频等不同格式的文件进行了加密与解密处理，分析了密码系统的安全性。实验表明，算法具有较高的安全性，加密速度较快，且对差分和线性密码攻击具有较强的抵抗能力。     

The provable constructive effect of diffusion switching mechanism in CLEFIA-type block ciphers

CLEFIA is a block cipher designed by Sony Corporation, adopted as a lightweight encryption algorithm of the new ISO/IEC 29192-2 standard, and proposed as a Japanese e-Government recommendation cipher CRYPTREC candidate.Provable security properties of cryptographic design are crucial in any security evaluation. Providing lower bounds on the number of active S-boxes in differential and linear characteristics has been one of the few important provable properties that can be formally shown for block ciphers and hence received a lot of attention.In this work, we prove tighter lower bounds on the number of linearly active S-boxes in CLEFIA-type generalized Feistel networks (GFNs) with diffusion switching mechanism (DSM). We show that every 6 rounds of such GFNs provide 50% more linearly active S-boxes than proven previously. Moreover, we experimentally demonstrate that the new bound is tight for up to at least 12 rounds, whereas the previous one is not. Thus, this paper delivers first provable evidence that diffusion switching mechanism actually provides an advantage by guaranteeing more active S-boxes in GFNs.     

满足若干密码学性质的S-盒的构造

S-盒是许多密码算法的唯一非线性部件,它的密码强度决定了整个密码算法的安全强度.但 是对于大的S-盒的构造比较困难,而且软硬件实现也比较难,目前比较流行的是8×8的S-盒 .基于m-序列,提出一种构造8×8与8×6的S-盒的方法,通过测试法从中选出了一批非线性 性质与差分均匀性都比较好的S-盒.同时,基于正形置换构造了一批4×4的S-盒.这些S-盒 对进一步设计密码算法提供了非线性资源.     

基于多重映射的安全S盒构造方法

将构造S盒的问题转化为寻找满足一定条件的映射的问题。利用 Tent映射的混沌特性,提出初始映射算法,并使用该算法得到可作为初始S盒的初始映射。为了提高S盒的安全性,提出了使用多个初始映射对初始S盒做非线性操作的多重映射算法,经安全性准则检验,该算法能够获得安全性更高的S盒。最后通过设定一个安全指标统计了该算法能够生成的优良S盒的个数,表明优良S盒的个数随着算法采用初始映射个数的增加而增加,并且实现算法所需的时间与算法中采用的初始映射的个数成正比。     

Using RC4 and AES Key Schedule to Generate Dynamic S-Box in AES

ABSTRACT

Advanced Encryption Standard (AES) block cipher system is widely used in cryptographic applications. Substitution boxes (S-boxes) are a keystone of modern symmetric cryptosystems which bring nonlinearity to the cryptosystems and strengthen their cryptographic security. The S-box component used in classic AES is fixed and not changeable. If the S-box is generated dynamically, the cryptographic strength of AES cipher system would be increased. In this article, we use RC4 and AES Key Expansion algorithms to generate dynamic S-box for AES. The purpose of the proposed approach is to generate more secure S-boxes. The generated S-box will have better results in security analysis. To examine the security, various tests are applied to the new S-box and the results pass all of them.     

基于混沌理论的S盒图像置乱加密算法

基于AES中的S盒理论,针对S盒的一一映射的特性对图像分块进行图像像素字节位置的置乱,提出了S盒图像置乱算法,在基于S盒图像置乱的标准算法引入混沌理论,产生混沌随机序列,提出S盒图像置乱加密的改进算法;并通过三种测试方法:抗剪切测试、高斯白噪音测试和分布均匀性测试以及客观评价方法就具体实例分析这种算法的安全性和抗剪切能力;最后将其与标准算法进行比较研究。