对分组密码算法ARIA算法不可能差分分析的改进

依据ARIA的结构特性,基于Yu Sasaki和Yosuke Todo给出的4.5轮截断不可能差分路径,实现了对7轮ARIA-256的不可能差分分析,需要数据复杂度为2112和大约2217次7轮加密运算。与现有的研究成果对比,该分析在数据复杂度和时间复杂度上都有所减少。进一步研究8轮不可能差分分析,需要数据复杂度为2191和大约2319次8轮加密运算。虽然该结果超过了穷举搜索的攻击复杂度,但与已有的研究成果对比,减少了攻击复杂度。该方法改进了文献[12]的分析结果,降低了7轮攻击和8轮攻击的攻击复杂度。     

Robin算法改进的6轮不可能差分攻击

Robin算法是Grosso等人在2014年提出的一个分组密码算法。研究该算法抵抗不可能差分攻击的能力。利用中间相错技术构造一条新的4轮不可能差分区分器,该区分器在密钥恢复阶段涉及到的轮密钥之间存在线性关系,在构造的区分器首尾各加一轮,对6轮Robin算法进行不可能差分攻击。攻击的数据复杂度为2118.8个选择明文,时间复杂度为293.97次6轮算法加密。与已有最好结果相比,在攻击轮数相同的情况下,通过挖掘轮密钥的信息,减少轮密钥的猜测量,进而降低攻击所需的时间复杂度,该攻击的时间复杂度约为原来的2?8。     

改进的SMBA算法不可能差分分析

SMBA是2019年全国密码算法设计竞赛胜出算法之一,软硬件实现效率高且具有较强的安全性.本文对该算法抗不可能差分分析的能力进行了新的鉴定,进行了6轮SMBA-128算法不可能差分区分器的推导和证明,比设计者给出的区分器多了1轮;基于其中1个区分器首次给出了9轮密钥恢复攻击,数据复杂度和时间复杂度分别为2^104.2和2¹²¹;基于找到的SMBA-256算法的8轮不可能差分区分器,进行了12轮密钥恢复攻击过程,数据复杂度和时间复杂度分别为2^248.2和2^227.6.由此说明SMBA算法仍然具有足够的安全冗余.     

11轮3D分组密码算法的中间相遇攻击

针对3D分组密码算法的安全性分析,对该算法抵抗中间相遇攻击的能力进行了评估。基于3D算法的基本结构及S盒的差分性质,减少了在构造多重集时所需的猜测字节数,从而构建了新的6轮3D算法中间相遇区分器。然后,将区分器向前扩展2轮,向后扩展3轮,得到11轮3D算法中间相遇攻击。实验结果表明:构建区分器时所需猜测的字节数为42 B,攻击时所需的数据复杂度约为2⁴⁹⁷个选择明文,时间复杂度约为2^325.3次11轮3D算法加密,存储复杂度约为2³⁴² B。新攻击表明11轮3D算法对中间相遇攻击是不免疫的。     

基于轮密钥分步猜测方法的Midori64算法11轮不可能差分分析

本文提出了一个Midori64算法的7轮不可能差分区分器,并研究了Midori64算法所用S盒的一些差分性质。在密钥恢复过程中,提出将分组的部分单元数据寄存,分步猜测轮密钥的方法,使时间复杂度大幅下降。利用这个区分器和轮密钥分步猜测的方法,给出了Midori64算法的11轮不可能差分攻击,最终时间复杂度为 次11轮加密,数据复杂度为 个64比特分组。这个结果是目前为止对Midori64算法不可能差分分析中最好的。     

Rijndael-256算法的中间相遇攻击

根据Rijndael密码的算法结构,构造一个新的5轮相遇区分器：若输入状态的第一个字节可变动,而余下字节固定不变,则通过5轮加密后,算法输出的每个字节差分值均可由输入状态的第一个字节值及25个常量字节以概率2-96确定。基于该区分器,给出一种针对9轮Rijndael-256的中间相遇攻击。分析结果表明,该攻击的数据复杂度约为2128个选择明文数据量,时间复杂度约为2211.6次9轮Rijndael- 256加密。     

QARMA算法的相关密钥不可能差分攻击

QARMA算法是一种代替置换网络结构的轻量级可调分组密码算法。研究QARMA算法抵抗相关密钥不可能差分攻击的能力,根据QARMA-64密钥编排的特点搜索到一个7轮相关密钥不可能差分区分器,在该差分区分器的前、后各添加3轮构成13轮相关密钥不可能差分攻击。分析结果表明,在猜测52 bit密钥时,与现有中间相遇攻击相比,该相关密钥不可能差分攻击具有攻击轮数较多、时间复杂度和空间复杂度较低的优点。     

Zodiac算法的碰撞攻击

为了研究Zodiac算法抵抗碰撞攻击的能力,根据算法的一个等价结构,分别给出了Zodiac算法的两个8轮和9轮区分器。通过在此区分器前后加适当的轮数,首先,利用9轮区分器对12轮到16轮的算法进行了碰撞攻击,其攻击的数据复杂度分别为215,231.2,231.5,231.7,263.9,时间复杂度分别为233.8,249.9,275.1,2108,2140.1;其次,利用8轮区分器对全轮算法进行了攻击,其攻击的数据复杂度和时间复杂度分别为260.6和2173.9。结果表明:全轮的Zodiac-192/256算法均不能抵抗碰撞攻击。     

缩减轮数Crypton算法中间相遇攻击的改进

Crypton密码算法是韩国学者提出的一种AES候选算法。通过研究Crypton算法的结构特征和一类截断差分路径的性质,利用差分枚举技术权衡存储复杂度和数据复杂度,提出了4轮和4.5轮中间相遇区分器。新的区分器减少了预计算表中的多重集数量,降低了存储复杂度。基于4轮区分器首次给出对7轮Crypton-128的中间相遇攻击,时间复杂度为2¹¹³,数据复杂度为2¹¹³,存储复杂度为290.72。基于4.5轮区分器首次给出对8轮Crypton-192的中间相遇攻击,时间复杂度为2¹⁷²,数据复杂度为2¹¹³,存储复杂度为2¹³⁸。     

Zodiac算法的碰撞攻击

为了研究Zodiac算法抵抗碰撞攻击的能力,根据算法的一个等价结构,分别给出了Zodiac算法的两个8轮和9轮区分器。通过在此区分器前后加适当的轮数,首先,利用9轮区分器对12轮到16轮的算法进行了碰撞攻击,其攻击的数据复杂度分别为215,231.2,231.5,231.7,263.9,时间复杂度分别为233.8,249.9,275.1,2108,2140.1;其次,利用8轮区分器对全轮算法进行了攻击,其攻击的数据复杂度和时间复杂度分别为260.6和2173.9。结果表明:全轮的Zodiac-192/256算法均不能抵抗碰撞攻击。     

基于MILP搜索的ANU算法积分分析

ANU算法是由Bansod等人发表在SCN 2016上的一种超轻量级的Feistel结构的分组密码算法。截至目前,没有人提出针对该算法的积分攻击。为了研究ANU算法抗积分攻击的安全性,根据ANU算法的结构建立起基于比特可分性的MILP模型。对该模型进行求解,首次得到ANU算法的9轮积分区分器;利用搜索到的9轮区分器以及轮密钥之间的相关性,对128 bit密钥长度的ANU算法进行12轮密钥恢复攻击,能够恢复43 bit轮密钥。该攻击的数据复杂度为2^63.58个选择明文,时间复杂度为2^88.42次12轮算法加密,存储复杂度为2³³个存储单元。     

概率积分及其在PUFFIN算法中的应用

积分分析是一种针对分组密码十分有效的分析方法,其通常利用密文某些位置的零和性质构造积分区分器.基于高阶差分理论,可通过研究密文与明文之间多项式的代数次数来确定密文某些位置是否平衡.从传统的积分分析出发,首次考虑常数对多项式首项系数的影响,提出了概率积分分析方法,并将其应用于PUFFIN算法的安全性分析.针对PUFFIN算法,构造了7轮概率积分区分器,比已有最好的积分区分器轮数长1轮.进一步,利用构造的概率积分区分器,对9轮PUFFIN算法进行密钥恢复攻击.该攻击可恢复92比特轮密钥,攻击的数据复杂度为2^24.8个选择明文,时间复杂度为2^35.48次9轮算法加密,存储复杂度为2²⁰个存储单元.     

8轮PRINCE的快速密钥恢复攻击

PRINCE算法是J.Borghoff等在2012年亚密会上提出的一个轻量级分组密码算法,它模仿AES并采用α-反射结构设计,具有加解密相似的特点.2014年,设计者发起了针对PRINCE实际攻击的公开挑战,使得该算法的安全性成为研究的热点.目前对PRINCE攻击的最长轮数是10轮,其中P.Derbez等利用中间相遇技术攻击的数据和时间复杂度的乘积D×T=2¹²⁵,A.Canteaut等利用多重差分技术攻击的复杂度D×T=2^118.5,并且两种方法的时间复杂度都超过了257.本文将A.Canteaut等给出的多重差分技术稍作改变,通过考虑输入差分为固定值,输出差分为选定的集合,给出了目前轮数最长的7轮PRINCE区分器,并应用该区分器对8轮PRINCE进行了密钥恢复攻击.本文的7轮PRINCE差分区分器的概率为2^-56.89,8轮PRINCE的密钥恢复攻击所需的数据复杂度为2^61.89个选择明文,时间复杂度为219.68次8轮加密,存储复杂度为2^15.21个16比特计数器.相比目前已知的8轮PRINCE密钥恢复攻击的结果,包括将A.Canteaut等给出的10轮攻击方案减少到8轮,本文给出的攻击方案的时间复杂度和D×T复杂度都是最低的.     

Camellia-128的截断差分攻击改进

基于2001年ASIACRYPT（亚密会）会议上Sugita等人提出的9轮截断差分区分器, 提出了Camellia算法的10轮截断差分区分器。进一步地利用这个区分器和密钥恢复中的提前抛弃技术, 给出了12轮Camellia-128的攻击, 恢复出所有密钥的数据复杂度和时间复杂度分别为2⁹⁷和2¹²⁴。这个结果是目前针对Camellia算法的截断差分攻击中最好的。     

E2算法的中间相遇攻击

作为AES的候选算法,E2算法由于其特殊的两层SP结构一直是人们研究的热点。研究了E2算法抵抗中间相遇攻击的能力。基于E2算法的结构,利用中间相遇的思想设计了一个4轮区分器,利用该区分器,对E2算法进行了5轮、6轮中间相遇攻击。研究结果表明,E2-128算法对于5轮中间相遇攻击以及E2-256算法对于6轮中间相遇攻击是不抵抗的。这是首次用中间相遇的攻击方法对E2算法进行的分析,相对于已有的结果,该方法降低了所用数据复杂度。     

轻量级分组密码Piccolo的积分攻击

针对Piccolo-80算法提出了一种5轮积分区分器,并将其向解密方向扩展了2轮,得到了7轮区分器。使用5轮区分器对无白化密钥的Piccolo-80进行了7轮和8轮的攻击,使用7轮区分器进行了9轮的攻击。其中,最好的攻击结果是使用7轮区分器,对有白化密钥的Piccolo-80进行9轮攻击,可恢复32比特相关轮密钥,需要的数据复杂度为2的48次方个明文,时间复杂度为2的52.237方次9轮加密。     

对PICO算法基于可分性的积分攻击

对近年来提出的基于比特的超轻量级分组密码算法PICO抵抗积分密码分析的安全性进行评估。首先,研究了PICO密码算法的结构,并结合可分性质的思想构造其混合整数线性规划（MILP）模型;然后,根据设置的约束条件生成用于描述可分性质传播规则的线性不等式,并借助数学软件求解MILP问题,从目标函数值判断构建积分区分器成功与否;最终,实现对PICO算法积分区分器的自动化搜索。实验结果表明,搜索到了PICO算法目前为止最长的10轮积分区分器,但由于可利用的明文数太少,不利于密钥恢复。为了取得更好的攻击效果,选择搜索到的9轮积分区分器对PICO算法进行11轮密钥恢复攻击。通过该攻击能够恢复128比特轮子密钥,攻击的数据复杂度为2^63.46,时间复杂度为2⁷⁶次11轮算法加密,存储复杂度为2²⁰。