基于MILP方法的LED密码安全性分析

基于自动化搜索算法求解差分特征与线性逼近,成为了分组密码的差分与线性攻击研究热点。提出一种面向半个字节MILP模型自动化搜索密码算法的差分特征与线性逼近方法,对轻量级LED密码进行分析,以较少的变量与约束不等式求解活跃S盒数量,4轮运算至少有25个活跃S盒,这个结果与算法设计者给出的活跃S盒理论值相同,验证了该方法的正确性。最后,计算LED算法的最大差分特征及线性逼近概率,证明其能够抵抗差分与线性攻击。     

对轻量级分组密码PICO算法的差分攻击

PICO算法是一个SP结构的迭代型轻量级密码算法,目前对该算法的差分分析和相关密钥分析研究尚未完善.本文借助自动化搜索技术,设计了一套基于SAT方法搜索SP结构算法差分路径和差分闭包的自动化工具,构建了搜索约减轮PICO算法差分路径以及差分闭包的SAT模型,评估了PICO算法抵抗差分攻击的能力,提供了比之前分析结果更准确的安全评估.给出了1–22轮PICO算法的最优差分路径及其概率;搜索到概率为2^-60.75的21轮差分闭包和概率为2^-62.39的22轮差分闭包;实现了26轮PICO算法的密钥恢复攻击,攻击的时间复杂度为2^101.106,数据复杂度为2⁶³,存储复杂度为2⁶³.研究了PICO算法抵抗相关密钥攻击的能力,发现PICO算法的密钥编排算法存在缺陷,构建了任意轮概率为1的相关密钥区分器,给出了全轮PICO算法的密钥恢复攻击.所提模型适用于其他轻量级密码算法,尤其是拥有更长的分组或者轮数更多的分组密码算法.     

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。     

基于MILP的相关密钥差分分析安全评估算法改进

近年来,基于混合整数线性规划(MILP)的密码分析方法在对称密码的安全性分析中发挥了重要作用. Zhou等人在FSE 2020上提出了结合分治法,大幅度提高基于MILP的差分和线性特征搜索方法效率.本文将Zhou等人的方法扩展到相关密钥差分特征搜索,提出了一种更高效的基于MILP的相关密钥差分分析安全评估新算法.应用新算法评估了PRESENT-80/128抵抗相关密钥差分分析的安全性,得到了高达15轮的最小活跃S盒数量和高达12轮的最优相关密钥差分特征,并由此得到了迄今最紧的PRESENT-80/128抵抗相关密钥差分分析安全界.找到了一条概率为2^-62的15轮PRESENT-80相关密钥差分特征,和一条概率为2^-60的16轮PRESENT-128相关密钥差分特征,是目前对于PRESENT-80/128轮数最长的相关密钥差分特征.     

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.     

CLEFIA算法的不可能差分密码分析

为研究分组密码CLEFIA抵抗不可能差分攻击的能力,使用了两类9轮不可能差分路径,给出了相关攻击结果。基于一条9轮不可能差分路径,利用轮函数中S盒差分分布表恢复密钥,攻击了11轮的CLEFIA。改进了关于14轮的CLEFIA-256的不可能差分攻击的结果,将数据复杂度降低到2104.23,时间复杂度降低到2221.5。同时,在两条不可能差分的基础上,根据轮密钥之间的关系,使用Early-abort技术和S盒差分分布表,分别给出12轮CLEFIA-128和13轮CLEFIA-128的不可能差分攻击。     

LBlock算法的相关密钥不可能差分分析

LBlock算法是2011年提出的轻量级分组密码,适用于资源受限的环境.目前,关于LBlock最好的分析结果为基于14轮不可能差分路径和15轮的相关密钥不可能差分路径,攻击的最高轮数为22轮.为研究LBlock算法抵抗不可能差分性质,结合密钥扩展算法的特点和轮函数本身的结构,构造了新的4条15轮相关密钥不可能差分路径.将15轮差分路径向前扩展4轮、向后扩展3轮,分析了22轮LBlock算法.在已有的相关密钥不可能差分攻击的基础上,深入研究了轮函数中S盒的特点,使用2类相关密钥不可能差分路径.基于部分密钥分别猜测技术降低计算量,分析22轮LBlock所需数据量为261个明文,计算量为259.58次22轮加密.     

针对PRESENT分组密码算法的代数分析*

本文研究针对PRESENT分组密码的代数分析。通过使用S盒的表达式形式,构建出多轮PRESENT加密中的代数方程组。这种构建方程的方法被推广到具有小型S盒的典型SPN型分组密码算法的方程构建问题中。文中还对简化的PRESENT算法进行了攻击实验。采用MiniSAT作为攻击过程中的求解工具,对4轮、6轮PRESENT加密进行实际攻击。可以在一分钟之内恢复4轮加密的所有密钥,数小时内恢复6轮加密的密钥。并且通过引入了差分思想,首次将有效攻击轮数提高到8轮。     

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。     

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。     

Cryptanalysis of full PRIDE block cipher

PRIDE is a lightweight block cipher proposed at CRYPTO 2014 by Albrecht et al., who claimed that the construction of linear layers is efficient and secure. In this paper, we investigate the key schedule and find eight 2-round iterative related-key differential characteristics, which can be used to construct 18-round related-key differentials. A study of the first subkey derivation function reveals that there exist three weak-key classes, as a result of which all the differences of subkeys for each round are identical. For the weak-key classes, we also find eight 2-round iterative related-key differential characteristics. Based on one of the related-key differentials, we launch an attack on the full PRIDE block cipher. The data and time complexity are 2³⁹ chosen plaintexts and 2⁹² encryptions, respectively. Moreover, by using multiple related-key differentials, we improve the cryptanalysis, which then requires 2^41.6 chosen plaintexts and 2^42.7 encryptions, respectively. Finally, we use two 17-round related-key differentials to analyze full PRIDE, which requires 2³⁵ plaintexts and 2^54.7 encryptions. These are the first results on full PRIDE, and show that the PRIDE block cipher is not secure against related-key differential attack.     

AES差分故障攻击的建模与分析

研究高级加密标准(AES)密码算法对差分故障攻击的安全性。攻击采用针对密钥扩展算法的单字节随机故障模型,通过对比正确和错误密文的差异恢复种子密钥。该攻击方法理论上仅需104个错误密文和2个末轮子密钥字节的穷举搜索就可完全恢复AES的128比特种子密钥。故障位置的不均匀分布使实际攻击所需错误密文数与理论值略有不同。     

LowMC实例的差分枚举攻击效果分析

LowMC是具有低乘法复杂度特征的算法.针对低数据量和少量S盒参数下的LowMC实例,差分枚举攻击被提出,理论上可以攻击全轮LowMC算法.考虑到这种攻击是在线性层完全随机的条件下给出的,对LowMC算法在真实的线性层下抵抗差分枚举攻击的强度进行了研究.通过对关键起始轮数的研究发现,差分枚举攻击并非总是可以达到理论攻击...     

低轮Blow-CAST-Fish算法的差分攻击

对作为Blow-CAST-Fish算法子密钥的4个S盒的碰撞性进行分析,构造输入差分为非零、输出差分为零的轮函数F的差分特征,通过对算法进行差分分析,获取相关子密钥,并测试使特征成立的弱密钥概率。在此基础上,成功利用特征概率为2－61、弱密钥概率为 2－12的6轮差分特征攻击8轮Blow-CAST-Fish算法。     

针对9轮DES的相关密钥Boomerang攻击

按照DES的密钥编排特点,舍弃原始密钥的奇偶校验位,由剩下56位重新换位得到16轮的子密钥,并由每轮密钥使用顺序及未出现的位数,适当设置明文差分和密钥差分,得到5轮DES的差分路径。运用相关密钥差分分析方法分析5轮DES,从而得到9轮DES的相关密钥Boomerang攻击方法,该攻击时间复杂度约为231次加解密运算,数据复杂度为240。     

Related-Key Impossible Diferential Attack on Reduced-Round LBlock简

LBlock is a 32-round lightweight block cipher with 64-bit block size and 80-bit key. This paper identifies 16- round related-key impossible differentials of LBlock, which are better than the 15-round related-key impossible differentials used in the previous attack. Based on these 16-round related-key impossible differentials, we can attack 23 rounds of LBlock while the previous related-key impossible differential attacks could only work on 22-round LBlock. This makes our attack on LBlock the best attack in terms of the number of attacked rounds.     

Midori64的相关密钥不可能差分分析*

Midori算法是由Banik等人在AISACRYPT2015上提出的一种具有SPN结构的轻量级的加密算法。Midori的分组长度有64bit和128bit两种,分别为Midori64和Midori128,本文主要研究的Midori64。目前攻击者已经使用了不可能差分分析、中间相遇攻击、相关密钥差分分析等方法对Midori进行了分析,却没有使用相关密钥不可能差分分析进行分析。为了验证Midori算法的安全性,本文使用了相关密钥不可能差分分析了Midori算法,构造了一个Midori算法的9轮区分器,进行了Midori算法的14轮攻击,总共猜测了84bit密钥。