轻量级分组密码TWINE的差分故障攻击

为了对轻量级分组密码TWINE的安全性进行研究,分析了轻量级分组密码TWINE的抗差分故障攻击特性,给出了TWINE一种差分故障分析方法,采用面向半字节的随机故障模型对TWINE算法进行攻击.实验结果表明,在35轮注入4次故障后可将密钥空间降低至约220,平均注入13.15次故障后可完全恢复80 bit密钥,最好的情况为注入12次故障完全恢复种子密钥.因此得到结论:TWINE算法易受差分故障攻击,需在使用前对设备加以保护.     

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...     

适用于RFID的轻量级密码算法研究综述

随着物联网技术的飞速发展和普及,RFID等资源受限设备的安全性受到越来越多的重视,关于此类设备应用的轻量级密码算法成为近些年的研究热点。针对适用于RFID设备的轻量级密码算法在研究进展、设计方法和安全性分析方面作了综述。介绍了轻量级密码设计中的常用方法和关键问题,对目前能够应用于RFID设备的典型轻量级算法进行了归纳总结,阐述了针对轻量级密码常用的安全性分析方法,突出旁路攻击对算法的威胁,并对一些算法的实现性能进行了对比。最后进一步阐明了当前及今后轻量级密码研究中要解决的问题及可能的研究方向。     

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。     

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.     

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。     

基于双伪随机变换和Feistel结构的轻量级分组密码VHF

针对资源受限的移动终端对轻量级密码的需求,提出了一种 基于双伪随机变换和Feistel结构的新的轻量级分组密码算法VHF。类似于许多其他轻量级分组密码,VHF的分组长度为128bit,密钥长度为80bit和128bit。VHF的安全评估结果表明,其可以对已知的攻击实现足够的安全性,如差分分析、线性分析和不可能差分分析等。在安全的基础上测试软件效率及硬件实现,与现有的轻量级分组密码进行的对比表明,VHF的软硬件效率都高于同为面向8位平台的国际标准CLEFIA算法。     

SMS4密码算法的差分故障攻击

SMS4是用于WAPI的分组密码算法,是国内官方公布的第一个商用密码算法．由于公布时间不长,关于它的安全性研究尚没有公开结果发表．该文研究SMS4密码算法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,并且结合了差分分析技术．该攻击方法理论上仅需要32个错误密文就可以完全恢复出SMS4的128比特种子密钥．因为实际中故障发生的字节位置是不可能完全平均的,所以实际攻击所需错误密文数将略大于理论值;文中的实验结果也验证了这一事实,恢复SMS4的128bit种子密钥平均大约需要47个错误密文．文章结果显示SMS4对差分故障攻击是脆弱的．为了避免这类攻击,建议用户对加密设备进行保护,阻止攻击者对其进行故障诱导．     

一种针对特定结构SPN密码算法的差分故障攻击

本文提出一种针对特定结构的SPN结构分组密码算法的差分故障攻击方法。该攻击方法基于单字节故障模型,对于具有特定置换层设计的SPN结构分组密码算法,仅需要少量的错误密文即可还原其所使用的密钥。文中给出了错误发生位置、置换层设计与秘密信息泄漏之间的关系分析。同时,我们还针对一些特定结构SPN结构分组密码算法实现了攻击过程。     

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。     

物联网环境下LED轻量级密码算法的安全性分析

LED算法是于2011年CHES会议中提出的一种新型轻量级密码算法,用于在物联网环境下保护RFID标签以及智能卡等设备的通信安全.文中提出并讨论了一种针对LED算法的差分故障攻击方法.该方法采用面向半字节的随机故障模型,通过在LED算法中导入故障,分别仅需要3个错误密文和6个错误密文,即可恢复LED算法的64bit和128bit原始密钥.实验结果表明,针对LED算法的差分故障攻击方法不仅扩展了故障诱导的攻击范围,而且提高了故障诱导的效率,减少了错误密文数,从而为故障攻击其它轻量级密码算法提供了一种通用的分析手段.     

轻量级分组密码GIFT的一种白盒实现方案

白盒实现是将已知的密码算法通过白盒密码技术进行设计,使其在白盒攻击环境中具有与原算法相同的功能,同时保证该算法的安全性不会遭到破坏。文章提出一种轻量级分组密码GIFT的白盒实现方案,该方案主要思想是使用查找表表示密码算法每轮的输入输出,并使用不同大小的仿射函数编码查找表的输入输出。该方案需要13.92 MB的内存空间,并能抵抗BGE攻击、MGH攻击、仿射等价算法攻击和差分矩阵攻击等代数分析攻击。其中,仿射等价算法攻击的复杂度大于O(2^82)。     

低轮MIBS分组密码的积分分析

分组密码算法MIBS是轻量级密码算法,其设计目标是适用于RFID和传感等资源受限的环境.对其进行了积分分析,给出了一个5轮的积分区分器,并利用高阶积分的技术将该5轮区分器向前扩展了3轮.据此对MIBS进行了8轮、9轮和10轮的攻击.8轮攻击数据复杂度为29.6,时间复杂度为235.6次加密;9轮的攻击数据复杂度为237 6,时间复杂度为240次加密;10轮的攻击数据复杂度为261.6,时间复杂度为240次加密.同时该攻击结果适用于MIBS-64和MIBS-80两个版本.研究结果表明,这种所使用的高阶积分技术对于Feistel-SP结构的分组密码普遍适用.     

轻量级分组密码算法ESF的不可能差分分析

新的轻量级密码算法ESF用于物联网环境下保护RFID标签以及智能卡等设备的通信安全.ESF算法是一种具有广义Feistel结构的32轮迭代型分组密码,轮函数是SPN结构.分组长度为64比特,密钥长度为80比特.通过不可能差分分析方法来寻找ESF算法的不可能差分特征,给出ESF算法8轮不可能差分区分器来攻击11轮ESF算法.实验结果表明,ESF对不可能差分密码分析有足够的安全免疫力.     

PRINCE密码算法的差分-线性分析

PRINCE是一个低时延轻量级分组密码算法,广泛应用于各种资源受限设备.PRINCE使用FX结构,其核心部件是PRINCEcore.差分-线性分析是一种经典分析方法,它将差分分析和线性分析结合起来,使用短的高概率差分特征和线性特征来攻击密码算法.研究了 PRINCEcore的差分-线性分析,使用2轮差分-线性区分器攻击...     

对流密码LILI-128的差分故障攻击

对LILI-128算法对差分故障攻击的安全性进行了研究。攻击采用面向比特的故障模型, 并结合差分分析和代数分析技术, 在 LILI-128 算法LFSRd中注入随机的单比特故障, 得到关于LILI-128算法内部状态的代数方程组, 并使用Crypto MiniSAT解析器求解恢复128位初始密钥。实验结果表明, 280个单比特故障注入就可以在1 min内完全恢复LILI-128全部128位密钥。因此, LILI-128密码实现安全性易遭差分故障攻击威胁, 需要对加密设备进行故障攻击防御, 以提高LILI-128密码实现安全性。     

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。     

PRESENT轻量级密码的中间相遇统计故障分析

PRESENT算法是于2007年在国际密码硬件与嵌入式系统会议提出的一种轻量级分组密码,2012年成为国际轻量级算法标准ISO/IEC-29192-2,适用于物联网中射频识别标签、网络传感器、智能卡等设备的数据保护.本文结合PRESENT密码的设计结构和实现特点,基于统计分析和中间相遇分析策略,提出了一种中间相遇统计故障分析方法,设计了皮尔逊相关系数-汉明重量、库尔贝克莱布勒散度-汉明重量区分器和杰卡德相似系数-汉明重量-极大似然估计等区分器,可以分别破译PRESENT密码全部版本的80比特和128比特原始密钥.该方法攻击轮数更深,故障数和耗时更少,有效地扩展了攻击范围,提升了攻击能力.结果表明,中间相遇统计故障分析对PRESENT密码构成了严重威胁.该研究为轻量级密码的实现安全研究提供了有价值的参考.     

KATAN32相关功耗分析及其实现

KATAN32是在CHES2009会议上提出的一种轻量级分组密码算法,具有硬件实现简单和低功耗等特点。通过构造一种选择明文的相关功耗分析方法对KATAN32进行了攻击,并恢复出加密的主密钥。仿真实验结果表明,该方法是行之有效的,排除实际电路运行时环境因素影响,新方法只需选择160个不同明文和采集160条功耗曲线,即可实现对KATAN32算法的相关功耗分析。     

轻量级分组密码算法DoT的模板攻击

模板攻击是一种重要的侧信道分析方法,其在实际密码算法破译中具有较强的区分能力。轻量级分组密码算法DoT在硬件和软件实现中都表现出优秀的性能,尽管目前针对DoT算法的传统数学攻击已经取得了一定效果,但是该算法在具体实现中是否足以抵御侧信道攻击仍有待研究。基于DoT算法结构及其S盒特点,提出一种针对DoT算法的模板攻击方法。基于汉明重量模型来刻画加密算法运行时的能耗特征,将S盒输出值的具体分布作为中间状态值构造区分器,从而进行密钥恢复。测试结果表明,该模板攻击仅需6组明文就可恢复出8 bit密钥信息,DoT密码算法在该模板攻击下具有脆弱性。