基于混沌的双模块Feistel结构高安全性高速分组密码算法安全性分析

该文对基于混沌的双模块Feistel结构(CFE)高安全性高速分组算法的安全性进行了分析。分析结果表明,算法不适合用积分攻击、中间相遇攻击、不变量攻击、插值攻击和循环移位攻击分析其安全性;可以抵抗相关密钥攻击;更进一步地构造出了5轮不可能差分特征链,并利用其进行区分攻击;求得算法的活性S盒下界为6,概率约为2–21;算法存在5轮零相关线性特征。     

一种基于Feistel结构混沌分组密码的研究

混沌系统具有良好的伪随机性、混频特性、对初始状态的敏感性、复杂的映射参数等特性,这些特性与密码学要求的产生伪随机信号、混乱和扩散、加解密密钥的难以预测等属性十分吻合。文中针对一种较新的基于Feistel结构的混沌分组密码,应用线性密码分析方法,分别在固定S盒、动态S盒两种情况对该算法进行了分析,并进行了大量的仿真测试。分析测试结果表明,相比较于传统分组密码,该混沌分组密码能够更有效地抵抗线性密码攻击,性能良好。     

混沌分组密码抗差分密码攻击的分析

混沌系统具有良好的伪随机性、混频特性、对初始状态的敏感性和复杂的映射参数等特性,这些特性与密码学要求的产生伪随机信号、混乱和扩散、加、解密密钥的难以预测等属性是十分吻合的。近些年来,不少学者提出了多种基于混沌理论的密码算法,但对其安全性并没有详尽的分析。针对一种较新的基于Feistel结构的混沌分组密码,应用不可能差分的分析方法,在固定S盒的情况下对其安全性进行了分析,并在动态S盒的情况下说明了其安全性所在。     

一类广义Feistel密码的安全性评估

该文评估一类广义Feistel密码(GFC)抵抗差分和线性密码分析的能力:如果轮函数是双射且它的最大差分和线性特征的概率分别是p和q,则16轮GFC的差分和线性特征的概率的上界为p7和q7;如果轮函数采用SP结构且是双射,S盒的最大差分和线性特征的概率是ps和qs,P变换的分支数为Pd,则16轮GFC的差分和线性特征的概率的上界为(ps)3Pd+1和(qs)3Pd+1。     

基于Feistel结构的混沌密码算法

混沌密码学现在已经发展成为现代密码学一个必不可少的分支,利用混沌系统的伪随机性和不可重复、不可预测等特点来构造加密算法,已经是密码学研究关注的焦点,但安全问题一直没有得到很好的解决。针对这一问题,将混沌映射、S盒构造、Feistel结构和密钥扩展相互融合,提出基于混沌映射和Feistel结构的混沌密码算法,并对算法的可行性和安全性进行了分析,通过硬件仿真,证明该算法具有较好的安全性。     

一类Feistel密码的线性分析

该文提出一种新的求取分组密码线性偏差上界的方法，特别适用于密钥线性作用的Feistel密码．该分析方法的思路是，首先对密码体制线性偏差进行严格的数学描述，分别给出密码线性偏差与轮函数F及S盒的线性偏差的数学关系；然后通过求取线性方程组最小重量解，确定密码线性偏差的上界．     

分组密码中基于混沌映射的动态S盒构造

S盒是分组密码算法的唯一非线性部件,为了产生更加安全的动态S盒,提出了一种基于Logistic混沌映射和Tent混沌映射构造动态S盒的方法。在Logistic混沌映射的初值敏感性的基础上,生成的动态S盒是与密钥相关的。对S盒的双射性、非线性度、严格雪崩准则、输出比特间独立性、均匀差分性和灵敏度进行了测试和分析。各项理论分析和实验结果表明,该算法产生的动态S盒能够较好地符合各项设计准则,可以满足密码算法的安全性。     

轻量级分组密码算法ESF的相关密钥不可能差分分析

八阵图算法(ESF)是一种具有广义Feistel结构的轻量级分组密码算法,可用在物联网环境下保护射频识别(RFID)标签等资源受限的环境中,目前对该算法的安全性研究主要为不可能差分分析。该文通过深入研究S盒的特点并结合ESF密钥扩展算法的性质,研究了ESF抵抗相关密钥不可能差分攻击的能力。通过构造11轮相关密钥不可能差分区分器,在此基础上前后各扩展2轮,成功攻击15轮ESF算法。该攻击的时间复杂度为2^40.5次15轮加密,数据复杂度为2^61.5个选择明文,恢复密钥比特数为40 bit。与现有结果相比,攻击轮数提高的情况下,时间复杂度降低,数据复杂度也较为理想。

     

LiCi分组密码算法的不可能差分分析

LiCi是由Patil等人(2017)提出的轻量级分组密码算法。由于采用新型的设计理念,该算法具有结构紧凑、能耗低、占用芯片面积小等优点,特别适用于资源受限的环境。目前该算法的安全性备受关注,Patil等人声称：16轮简化算法足以抵抗经典的差分攻击及线性攻击。该文基于S盒的差分特征,结合中间相遇思想,构造了一个10轮的不可能差分区分器。基于此区分器,向前后各扩展3轮,并利用密钥编排方案,给出了LiCi的一个16轮的不可能差分分析方法。该攻击需要时间复杂度约为2^83.08次16轮加密,数据复杂度约为2^59.76选择明文,存储复杂度约为2^76.76数据块,这说明16轮简化的LiCi算法无法抵抗不可能差分攻击。     

对八阵图算法的不可能差分密码分析和线性密码分析

该文对八阵图(ESF)算法抵抗不可能差分密码分析和线性密码分析的能力进行了研究。ESF算法是一种具有Feistel结构的轻量级分组密码算法,它的轮函数为代换置换(SP)结构。该文首先用新的不可能差分区分器分析了12轮ESF算法,随后用线性密码分析的方法分析了9轮ESF算法。计算得出12轮不可能差分分析的数据复杂度大约为O(2⁶⁷),时间复杂度约为O(2^110.7),而9轮线性密码分析的数据复杂度仅为O(2³⁵),时间复杂度不大于O(2^15.6)。结果表明ESF算法足够抵抗不可能差分密码分析,而抵抗线性密码分析的能力相对较弱。     

轻量级密码算法MIBS的零相关和积分分析

MIBS是适用于RFID和传感资源受限环境的轻量级分组算法。该文构造了一些关于MIBS的8轮零相关线性逼近,结合密钥扩展算法的特点和部分和技术,对13轮MIBS-80进行了多维零相关分析。该分析大体需要262.1个已知明文和274.9次加密。此外,利用零相关线性逼近和积分区分器之间的内在联系,推导出8轮的积分区分器,并且对11轮的MIBS-80进行了积分攻击,大体需要260个选择明文和259.8次加密。     

3D密码的不可能差分攻击

3D密码是在CANS2008上提出的一个新的分组密码算法,与以往的分组密码算法不同,它采用了3维结构。密码设计者给出了3D密码的一个5轮不可能差分并对6轮3D密码进行了不可能差分攻击。该文通过3D密码的结构特性找到了新的6轮不可能差分。基于新的不可能差分和3D密码的等价结构,可以对7轮和8轮3D密码进行有效的不可能差分攻击。此外,结合其密钥扩展规则,可以将攻击轮数提高至9轮。该文的攻击结果优于密码设计者的结果。     

11轮3D密码的不可能差分攻击

3D密码是CANS 2008提出的新的分组密码算法, 其设计思想是基于美国高级加密标准AES,但3D密码算法采用的是3维结构。该文根据3D算法的结构特点,构造出一类新的6轮不可能差分区分器,将3D密码的不可能差分攻击扩展到11轮。将10轮不可能差分攻击时间复杂度降为2318.8。该文中大量应用预计算技术,大大降低了时间复杂度,对于分组密码的实际攻击中的数据处理,提高运算效率过程,有很好的借鉴意义。     

约减轮数分组密码LEA的差分分析

LEA算法是面向软件的轻量级加密算法,在2019年成为 ISO/IEC 国际标准轻量级加密算法,具有快速加密、占用运算资源少等优点。该文基于多条输入输出差分相同的路径计算了差分概率,首次对LEA-128进行了13轮和14轮的密钥恢复攻击;采用提前抛弃技术,分别在12轮和13轮差分特征后面添加了1轮,恢复了96 bit密钥;其中13轮的密钥恢复攻击数据复杂度为2⁹⁸个明文,时间复杂度为2^86.7次13轮LEA-128解密;14轮的密钥恢复攻击数据复杂度为2¹¹⁸个明文,时间复杂度为2^110.6次14轮LEA-128解密。     

分组密码算法两种S盒设计的可证安全性注记

对分组密码算法进行可证明安全性的工作存在一些争论。我们针对分组密码算法S盒设计的可证明安全性进行研究并提出:可证明安全性是设计者对算法应该采取的说明与论证过程;对分析者而言,只有当算法被破译之后才能否定安全性的证明。而在遵循S盒设计规则的同时,从多项式代数表出次数、相对于完全随机的优势度、线性偏差概率、非线性偏差概率等方面加以描述是必要的过程。     

正形置换与分组密码

对正形置换进行了初步分类,给出了几个重要性质,简化了一些定理的证明,概况了美国TET公司对正形置换的研究与应用情况,最后提出了一些与分组密码有关的研究方向。     

Multidimensional Differential‐Linear Cryptanalysis of ARIA Block Cipher

ARIA is a 128‐bit block cipher that has been selected as a Korean encryption standard. Similar to AES, it is robust against differential cryptanalysis and linear cryptanalysis. In this study, we analyze the security of ARIA against differential‐linear cryptanalysis. We present five rounds of differential‐linear distinguishers for ARIA, which can distinguish five rounds of ARIA from random permutations using only 284.8 chosen plaintexts. Moreover, we develop differential‐linear attacks based on six rounds of ARIA‐128 and seven rounds of ARIA‐256. This is the first multidimensional differential‐linear cryptanalysis of ARIA and it has lower data complexity than all previous results. This is a preliminary study and further research may obtain better results in the future.