基于可重随机化混淆电路的可验证计算

Yao的混淆电路可用于客户端将函数计算外包给服务器,并可验证其正确性.然而,混淆电路仅能使用1次.Gennaro等人组合使用全同态加密和混淆电路,可实现客户端和服务器在多次输入上重用混淆电路.但是,所有已知的全同态加密在效率的提高上似乎仍有很大的空间,并且需要较强的困难性假设.另一方面,Gennaro等人的方案只能在敌手不能对客户端发起任何数量的验证查询这种较弱的模型下被证明是安全的.部分同态加密的困难性假设要弱于全同态加密,虽然只支持数量有限的同态操作,但比全同态加密运行速度更快、更加紧凑.提出了一个使用加同态加密的可验证计算方案.它基于DDH假设,能够容忍任意数量的恶意验证查询,采用的主要技术是可重随机化的混淆电路.该技术可以实现重随机化的混淆电路分布与原有的混淆电路分布在计算上是不可区分的.另外,也给出了一种使用可重随机化的混淆电路构造密码转置防火墙方案,称为可重用密码转置防火墙.也就是说,混淆电路可生成1次,接下来,密码转置防火墙可安全地重随机化和重用多次.     

Rijndael分组密码与差分攻击

深入研究了Rijndael分组密码,将字节代替变换中的有限域GF(28)上模乘求逆运算和仿射变换归并成了一个8×8的S盒,将圈中以字节为单位进行的行移位、列混合、密钥加三种运算归并成了一个广义仿射变换.基于归并将Rijndael密码算法了进行简化,结果表明Rijndael密码实质上是一个形如仿射变换Y=A(?)S(X)(?)K的非线性迭代算法,并以分组长度128比特、密钥长度128比特作为特例,给出了二轮Rijndael密码的差分攻击.文中还给出了Rijndael密码算法的精简描述,并指出了算法通过预计算快速实现的有效方法.     

PRINCE轻量级密码算法的差分故障分析

PRINCE密码算法是于ASIA CRYPT 2012提出的轻量级的加密算法,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。提出并讨论了一种针对PRINCE算法的差分故障分析方法。该方法采用半字节故障模型,对PRINCEcore最后一轮进行了差分故障分析。实验结果表明,在PRINCEcore最后一轮导入半字节随机故障,4次故障注入可实现对PRINCE算法PRINCEcore部分的64位轮密钥的恢复。因此,未加防护措施的PRINCE加密系统将难以抵御差分故障分析手段。     

一种基于MLWE的同态内积方案

同态内积在安全多方几何计算、隐私数据挖掘、外包计算、可排序的密文检索等场景有广泛的应用.但现有的同态内积计算方案大多是基于RLWE的全同态加密方案,普遍存在效率不高的问题.在柯程松等人提出的基于MLWE的低膨胀率加密算法基础上,提出了一种同态内积方案.首先给出了密文空间上的张量积运算⊗,该密文空间上的运算对应明文空间上的整数向量内积运算;然后分析了方案的正确性与安全性;最后给出了两种优化的加密参数,对应计算两种不同大小的整数向量同态内积的应用场景.通过C++与大整数计算库NTL实现了该方案.对比其他同态加密方案,该方案能够比较高效地计算整数向量的同态内积.     

面向CBC模式的AES高速芯片设计与实现

为以硬件方式高速实现AES密码算法,缩短整个芯片的关键路径,基于一种改进AES密码算法,在算法级对电路实现进行优化,将AES密码算法中字节代替变换与列混合变换进行合并,以查找表的方式实现这两种变换的一步变换。在支持密钥长度为128 bit、192 bit和256 bit AES算法的同时,支持分组密码工作中的ECB,CBC模式,提高了分组密码不同级别的安全性。在0.13μm CMOS工艺下,用Verilog硬件描述语言进行综合,仿真结果表明最高时钟频率可以达到781 MHz,在密钥长度分别为128 bit、192 bit和256 bit时,最大数据吞吐率分别可以达到9.9 Gb/s、8.3 Gb/s和7.1 Gb/s,占用面积38.5 KGates。     

云环境下基于运算电路的同态认证方案

针对云服务器上数据验证效率低的问题，为能够在正确执行用户指令的情况下依然保持对数据的高效验证，构造了一种支持云环境下基于运算电路的同态认证方案。首先，利用标签生成算法对验证标签进行多项式表示；其次，调用转化算法对验证标签进行转化以达到满足同态验证的形式，同时利用同态解密算法对验证标签的大小进行降维处理；最后，运用验证算法对检索结果进行验证。结果表明，所提方案能够支持任意次乘法同态而不会增加验证标签维数，克服了验证标签增长缺陷，提高了验证效率，但其计算复杂度会随着增强电路输入位的增加而增加。     

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。     

面向数据库加密的秘密同态算法的研究

在Domingo提出的秘密同态加密算法的理论基础上,给出了一种将浮点数转换为整数的同态运算,基于复合同态的数学理论基础,提出了类复合同态的概念并扩展应用到了实现浮点型数据的同态加密机制中。最后利用中国剩余定理实现了字符串数据的加密。     

大数乘法的GPU加速实现

大数乘法是公钥加密中最为核心的计算环节之一,快速实现大数乘法单元也是RSA、ElGamal、全同态等密码体制急需解决的问题之一。目前,基于C 的NTL GMP库函数虽然能在CPU上实现高精度的大数乘法,但其仍不能满足加密对实时性的要求。针对全同态加密应用需求,本文提出了一种基于Sch?nhage-Strassen算法的大数乘法GPU加速方法。通过比较相同实验平台下仅用CPU和GPU CPU异构方法实现的大数乘法运算,验证了本文设计方法的正确性和有效性。实验结果表明,采用本文方法实现的相同大数乘法运算所需的时间比在多核CPU平台实现所需的时间有12倍以上的加速。     

Rijndael分组密码的研究与分析

该文对Rijndael分组密码进行了较为深入的研究,将字节代替变换中的有限域GF(28)上模乘求逆运算和仿射变换归并成了一个8×8的S盒,将圈中以字节为单位进行的行移位、列混合、密钥加三种运算归并成了一个广义仿射变换,归并结果表明Rijndael密码实质上是一个形如仿射变换的非线性迭代算法。基于分析给出了Rijndael密码算法的精简描述,并指出了算法预计算快速实现的有效方法。     

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.     

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。     

一种改进的分组密码可重构处理结构设计①

应用于密码运算的粗粒度可重构处理结构,以其高性能和较好的灵活性而受到广泛研究。在密码可重构处理结构中,结构合理的配置电路对于提高整个电路的配置速度,加速密码运算非常重要,因此在已有的一种分组密码可重构处理结构的基础上对其配置电路进行改进。从而可以大大提高结构规整的分组密码算法的配置速度。     

KS分组密码算法的流水线实现

论文首先介绍了自行设计的KS分组密码算法,然后详细分析了该算法的高速流水线实现方法。用Stratix系列FPGA实现KS加密算法时,其加密速度可达到12.10Gbit/s。     

一种基于分段线性映射的分组密码算法

提出了一种新的基于混沌理论的分组密码算法,把128比特的明文加密为128比特的密文.整个加密过程包含了8个轮变换,每一个轮变换由替换变换、移位变换和置换变换3部分组成.所有的轮密钥都由128位的比特流K和由分段线性映射产生的128比特随机二进制序列导出.理论与实验分析表明该算法克服了一些纯混沌密码系统的固有缺陷,具有较高的性能.     

RAIN:一种面向软硬件和门限实现的轻量分组密码算法

RAIN算法的设计基于国际上分组密码设计广泛采用的SPN (substitution permutation network)结构,通过迭代混淆层S盒和扩散层字混合提供强雪崩效应,不仅保证强的安全性,还兼顾了软硬件实现.算法支持64b分组和128 b分组,2种不同的分组长度采用相同的轮函数结构实现,方案简洁优美.混淆层...     

祖冲之序列密码算法IP核的设计与实现

祖冲之序列密码算法是中国自主研究的流密码算法,是运用于下一代移动通信4G网络中的国际标准密码算法,该算法包括祖冲之算法（ZUC）、加密算法（128-EEA3）和完整性算法（128-EIA3）三个部分。目前,已有对ZUC算法的优化实现,而专门针对128-EEA3和128-EIA3的硬件实现与优化,尚未见公开发表的论文。文章设计了祖冲之序列密码算法的IP核,该IP核基于ZUC算法模块,同时支持128-EEA3和128-EIA3,并且保持ZUC模块的高吞吐率。最后,在Virtex-5FPGA平台上对该IP核进行了实现,并对其性能进行了比较和分析。     

基于FPGA的FESH分组密码算法高速实现

FESH分组密码算法为2019年全国密码算法竞赛中进入第二轮评选的密码算法.文章对该算法的FESH-128-128型进行Verilog HDL高速实现,在有限状态机的基础上对顶层模块采用流水线设计方法进行优化,通过寄存器存储中间数据,提高运行效率.实验结果表明,在软件Quartus II 15.0上使用5CEFA7F3...     

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。     

PEAK分组密码

提出了一个对称分组密码算法——PEA K。其分组长度为128bit,密钥长度为128bit到512bit可变,但要64bit对齐。该算法整体结构为变种的非平衡Feistel网络,具有天然的加解密相似性。同时在设计中采用了宽轨迹策略,确保算法对差分密码分析和线性密码分析的安全性。该文的目的是寻求公众对PEAK分组密码的测试、分析和评估。