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。     

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。     

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。     

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。     

MIBS-64算法的三子集中间相遇攻击

MIBS算法于2009年在CANS会议上提出,是一个32轮Feistel结构、64比特分组长度以及包含64比特、80比特两种主密钥长度的轻量级分组密码.针对该算法密钥编排中第1轮到第11轮子密钥之间存在部分重复和等价关系,本文首次完成了MIBS-64的11轮三子集中间相遇攻击,数据复杂度为2⁴⁷,存储复杂度为2⁴⁷64-bit,时间复杂度为2^62.25次11轮加密.与目前已有的对MIBS-64算法的中间相遇攻击相比,将攻击轮数由10轮扩展至11轮,刷新了该算法在中间相遇攻击下的安全性评估结果.     

10轮Midori128的中间相遇攻击

轻量级分组密码由于软硬件实现代价小且功耗低,被广泛地运用资源受限的智能设备中保护数据的安全。Midori是在2015年亚密会议上发布的轻量级分组密码算法,分组长度分为64 bit和128 bit两种,分别记为Midori64和Midori128,目前仍没有Midori128抵抗中间相遇攻击的结果。通过研究Midori128算法基本结构和密钥编排计划特点,结合差分枚举和相关密钥筛选技巧构造了一条7轮中间相遇区分器。再在此区分器前端增加一轮,后端增加两轮,利用时空折中的方法,提出对10轮的Midori128算法的第一个中间相遇攻击,整个攻击需要的时间复杂度为2126.5次10轮Midori128加密,数据复杂度为2125选择明文,存储复杂度2105 128-bit块,这是首次对Midori128进行了中间相遇攻击。     

Zodiac密码算法的多维零相关线性分析

分组密码算法Zodiac支持3种密钥长度,分别为Zodiac-128、Zodiac-192、Zodiac-256。利用零相关线性分析方法评估了Zodiac算法的安全性,首先根据算法的结构特性,构造了一些关于Zodiac算法的10轮零相关线性逼近,然后对16轮Zodiac-192进行了多维零相关分析。分析结果显示：攻击过程中一共恢复了19个字节的密钥,其数据复杂度约为2^124.40个明密文对,计算复杂度为2^181.58次16轮加密。由此可得：16轮（即全轮）192 bit密钥的Zodiac算法（Zodiac-192）对于零相关线性分析方法是不安全的。     

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.     

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.     

Midori-64算法的截断不可能差分分析

分析了Midori-64算法在截断不可能差分攻击下的安全性.首先,通过分析Midori算法加、解密过程差分路径规律,证明了Midori算法在单密钥条件下的截断不可能差分区分器至多6轮,并对6轮截断不可能差分区分器进行了分类;其次,根据分类结果,构造了一个6轮区分器,并给出11轮Midori-64算法的不可能差分分析,恢复了128比特主密钥,其时间复杂度为2^121.4,数据复杂度为2^60.8,存储复杂度为2^96.5.     

新的低轮Keccak线性结构设计

针对Keccak算法S盒层线性分解的问题,提出一种新的线性结构构造方法,该方法主要基于Keccak算法S盒代数性质。首先,S盒层的输入比特需要固定部分约束条件,以确保状态数据经过这种线性结构仍具有线性关系;然后再结合中间相遇攻击的思想给出新的低轮Keccak算法零和区分器的构造方法。实验结果表明：新的顺1轮、逆1轮零和区分器可以完成目前理论上最好的15轮Keccak的区分攻击,且复杂度降低至2²⁵⁷;新的顺1轮、逆2轮零和区分器具有自由变量更多、区分攻击的组合方式更丰富等优点。     

对MIBS算法的Integral攻击

MIBS是M.Izadi等人在2009开发研制的轻量级分组密码算法,它广泛用于电子标签和传感器网络等环境.本文给出了对MIBS算法Integral攻击的4.5轮区分器,利用该区分器对MIBS算法进行了8轮和9轮的Integral攻击,并利用密钥编排算法中轮密钥之间的关系,结合“部分和”技术降低了攻击的时间复杂度.攻击结果如下:攻击8轮MIBS-64的数据复杂度和时间复杂度分别为238.6和224.2;攻击9轮MIBS-80的数据复杂度和时间复杂度分别为239.6和268.4.本文攻击的数据复杂度和时间复杂度都优于穷举攻击.这是对MIBS算法第一个公开的Integral攻击.     

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...     

分组密码复杂线性层可分性传播的MILP刻画方法

混合整数线性规划(MILP)作为一种自动化搜索工具, 被广泛地应用于搜索分组密码的差分、线性、积分等密码性质. 提出一种基于动态选取策略构建MILP模型的新技术, 该技术在不同的条件下采用不同的约束不等式刻画密码性质的传播. 具体地, 从可分性出发根据输入可分性汉明重量的不同, 分别采用不同的方法构建线性层可分性传播的MILP模型. 最后, 将该技术应用于搜索uBlock和Saturnin算法的积分区分器. 实验结果表明: 对于uBlock128算法, 该技术可以搜索到比之前最优区分器多32个平衡比特的8轮积分区分器. 除此之外, 搜索到uBlock128和uBlock256算法比之前最优区分器更长一轮的9和10轮积分区分器. 对于Saturnin256算法, 同样搜索到比之前最优区分器更长一轮的9轮积分区分器.