2轮Trivium的多线性密码分析

作为欧洲流密码发展计划eSTREAM的7个最终获选算法之一,Trivium的安全性考察表明至今为止还没有出现有效的攻击算法。该文针对2轮Trivium,通过找出更多线性逼近方程,对其进行了多线性密码分析,提出了一种更有效的区分攻击算法。与现有的单线性密码分析算法相比,该算法攻击成功所需的数据量明显减少,即:若能找到n个线性近似方程,在达到相同攻击成功概率的前提下,多线性密码分析所需的数据量只有单线性密码分析的1/n。该研究结果表明,Trivium的设计还存在一定的缺陷,投入实用之前还需要实施进一步的安全性分析。     

简化版Trivium算法的线性逼近研究

针对初始化轮数为288个时钟的简化版Trivium算法（又称2轮Trivium）进行了线性逼近研究,设计了搜索最佳线性近似式算法,并通过对第1轮关于密钥、初始化向量和密钥流比特的表达式做非线性逼近,结合该算法,在同等条件下给出了2轮Trivium 16个偏差为 的线性近似式,使通过多线性攻击去识别2轮Trivium的一个具有特定比特的密钥所需要的数据量降为 个选择IV,为Turan方案所需数据量的 ,且成功率保持不变。     

3D密码的不可能差分攻击

3D密码是在CANS2008上提出的一个新的分组密码算法,与以往的分组密码算法不同,它采用了3维结构。密码设计者给出了3D密码的一个5轮不可能差分并对6轮3D密码进行了不可能差分攻击。该文通过3D密码的结构特性找到了新的6轮不可能差分。基于新的不可能差分和3D密码的等价结构,可以对7轮和8轮3D密码进行有效的不可能差分攻击。此外,结合其密钥扩展规则,可以将攻击轮数提高至9轮。该文的攻击结果优于密码设计者的结果。     

对八阵图算法的不可能差分密码分析和线性密码分析

该文对八阵图(ESF)算法抵抗不可能差分密码分析和线性密码分析的能力进行了研究。ESF算法是一种具有Feistel结构的轻量级分组密码算法，它的轮函数为代换置换(SP)结构。该文首先用新的不可能差分区分器分析了12轮ESF算法，随后用线性密码分析的方法分析了9轮ESF算法。计算得出12轮不可能差分分析的数据复杂度大约为O(267)，时间复杂度约为O(2110.7)，而9轮线性密码分析的数据复杂度仅为O(235)，时间复杂度不大于O(215.6)。结果表明ESF算法足够抵抗不可能差分密码分析，而抵抗线性密码分析的能力相对较弱。     

非线性反馈移存器型序列密码的完全性通用算法

非线性反馈移存器型序列密码被使用于智能卡、射频识别标签（RFID）和无线传感器等硬件资源受限设备的信息加密中,其典型代表为Trivium算法、Grain v1算法和Mickey算法,然而现有的完全性算法在应用于此类序列密码时存在分析轮数较少及对依赖关系区分不清楚等问题.本文提出了一种考察此类序列密码完全性的通用算法,将算法内部状态表示成线性集合和非线性集合,将序列密码每轮更新转化为集合的运算,通过迭代计算可给出算法达到非线性完全性所需轮数的下界,克服了现有完全性算法的不足.应用此通用算法给出Trivium算法更优的1比特差分区分器并完成对Trivium-B算法的实时攻击.本方法可为此类序列密码的设计提供一定的理论依据.     

轻量级分组密码算法ESF的相关密钥不可能差分分析

八阵图算法(ESF)是一种具有广义Feistel结构的轻量级分组密码算法,可用在物联网环境下保护射频识别(RFID)标签等资源受限的环境中,目前对该算法的安全性研究主要为不可能差分分析。该文通过深入研究S盒的特点并结合ESF密钥扩展算法的性质,研究了ESF抵抗相关密钥不可能差分攻击的能力。通过构造11轮相关密钥不可能差分区分器,在此基础上前后各扩展2轮,成功攻击15轮ESF算法。该攻击的时间复杂度为240.5次15轮加密,数据复杂度为261.5个选择明文,恢复密钥比特数为40 bit。与现有结果相比,攻击轮数提高的情况下,时间复杂度降低,数据复杂度也较为理想。     

LiCi分组密码算法的不可能差分分析

LiCi是由Patil等人(2017)提出的轻量级分组密码算法。由于采用新型的设计理念,该算法具有结构紧凑、能耗低、占用芯片面积小等优点,特别适用于资源受限的环境。目前该算法的安全性备受关注,Patil等人声称:16轮简化算法足以抵抗经典的差分攻击及线性攻击。该文基于S盒的差分特征,结合中间相遇思想,构造了一个10轮的不可能差分区分器。基于此区分器,向前后各扩展3轮,并利用密钥编排方案,给出了LiCi的一个16轮的不可能差分分析方法。该攻击需要时间复杂度约为283.08次16轮加密,数据复杂度约为259.76选择明文,存储复杂度约为276.76数据块,这说明16轮简化的LiCi算法无法抵抗不可能差分攻击。     

HIGHT算法的积分攻击

对轻量级分组密码算法HIGHT在积分攻击方法下的安全性进行了研究。首先纠正了现有研究成果在构造区分器时的不当之处,重新构造了HIGHT算法的11轮积分区分器,并构造了相应高阶积分扩展下的17轮区分器;其次利用所构造的17轮区分器,结合“时空折中”原理对25轮HIGHT算法进行了积分攻击;最后对攻击算法的复杂度进行了分析,攻击算法需要的数据复杂度为262.92,时间复杂度为266.20,空间复杂度为2119。分析结果表明,所给出的攻击算法的攻击轮数和时间复杂度要优于现有研究结果。     

MIBS算法的积分攻击

对分组密码算法MIBS在积分攻击下的安全性进行了研究,构造了MIBS算法的5轮积分区分器,利用Feistel结构的等价结构以及MIBS密钥扩展算法中主密钥和轮密钥的关系,对10轮MIBS算法实施了积分攻击,给出了攻击算法。攻击10轮MIBS-64的数据复杂度和时间复杂度分别为 和 ,攻击10轮MIBS-80的数据复杂度和时间复杂度分别为 和 。分析结果表明,10轮MIBS算法对积分攻击是不免疫的,该积分攻击的轮数和数据复杂度上都要优于已有的积分攻击。     

低轮FOX64算法的零相关-积分分析

FOX系列算法是一类基于Lai-Massey模型设计的分组密码算法。该文首先评估低轮FOX64算法抵抗零相关线性分析的能力,给出4轮FOX64算法的零相关线性区分器。然后,利用零相关线性区分器与积分区分器的关系,首次得到4轮FOX64算法的积分区分器。最后,利用积分区分器分析5, 6, 7, 8轮FOX64算法,攻击的时间复杂度分别约为252.7, 2116.7, 2180.7, 2244.7次加密,数据复杂度为250个选择明文。该文首次给出攻击8轮FOX64/256时间复杂度小于穷举攻击的有效攻击。     

差分-双线性密码分析研究

差分密码分析和线性密码分析是分组密码分析中应用最广泛的技术.随着差分-线性密码分析的出现,一大批派生出来的密码分析方法表现出了很好的攻击效果.文中首先介绍了这两种密码分析方法的原理,然后推广到双线性密码分析.由于双线性密码分析攻击Feistel结构的密码特别有效,所以在某些场合,由差分密码分析和双线性密码分析结合成的差分-双线性密码分析具有比差分-线性密码分析更好的攻击效果.     

韩国加密标准的安全性分析

SEED是韩国的数据加密标准,设计者称用线性密码分析攻击SEED的复杂度为2^335.4,而用本文构造的15轮线性逼近攻击SEED的复杂度为2³²⁸.为了说明SEED抵抗差分密码分析的能力,设计者首先对SEED的变体SEED^*做差分密码分析,指出9轮SEED*对差分密码分析是安全的;利用SEED^*的扩散置换和盒子的特性,本文构造SEED^*的9轮截断差分,因此10轮SEED^*对截断差分密码分析是不免疫的.本文的结果虽然对SEED的实际应用构成不了威胁,但是显示了SEED的安全性并没有设计者所称的那样安全.     

对288轮Trivium算法的线性分析

此前对288轮Trivium算法线性分析的文章中,均将密钥视为随机且变化的值,这样对算法进行分析是存在问题的,攻击者实际上无法将得到的线性偏差用于对算法实施攻击.本文在选择IV(Initialization Vector)攻击条件下,重新对288轮Trivium算法进行了线性分析.由于将密钥比特作为未知的定值,因而由密钥比特组成的非线性项是定值,不会产生线性偏差,在选取10个特殊IV后,得到一个线性偏差为1.9E-6的线性逼近式.     

线性分析法和差分分析法几个问题的研究

对DES—型密码体制的线性分析和差分分析法进行了研究,给出了差分分析法成功率与所需明文量之间的关系式,计算出了成功率公式。进而,提出了两种分组密码的分析方法并严格或举例证明了本文所提出方法的优越性。     

Zero correlation-integral attack of MIBS block cipher

MIBS is a lightweight block cipher for extremely constrained environments such as RFID tags and sensor networks. The MIBS algorithm's ability to resist zero correlation-integral analysis was evaluated. An 8-round zero corre-lation linear distinguisher of MIBS was given. Then, a 8-round distinguisher of MIBS was founded by using relationship between zero-correlation linear distinguisher and integral distinguisher. Finally, considering the symmetrical structure of the MIBS and using the partial-sum technique, it applied integral attack to 10 and 12 rounds of MIBS-80. The time com-plexities of 10 and 12 round attack on MIBS-80 are 2^27.68and 2^48.81. The data complexity is 2⁴⁸.     

分组密码的随机算法

讨论了分组密码随机算法的优点和实现问题,并描述了随机算法在CAST和SAFER+中的若干实现,分别称为随机盒、随机网络和随机群.它们以计算复杂度的少量增加换取了安全性的明显提高.     

抗差分攻击的一些措施

本文在简要介绍差分攻击的基本原理的基础上,提出了一些抗击差分攻击的有效措施。     

一类广义Feistel密码的安全性评估

该文评估一类广义Feistel密码(GFC)抵抗差分和线性密码分析的能力:如果轮函数是双射且它的最大差分和线性特征的概率分别是p和q,则16轮GFC的差分和线性特征的概率的上界为p7和q7;如果轮函数采用SP结构且是双射,S盒的最大差分和线性特征的概率是ps和qs,P变换的分支数为Pd,则16轮GFC的差分和线性特征的概率的上界为(ps)3Pd+1和(qs)3Pd+1。     

Substitution-permutation networks resistant to differential and linear cryptanalysis

In this paper we examine a class of product ciphers referred to as substitution-permutation networks. We investigate the resistance of these cryptographic networks to two important attacks: differential cryptanalysis and linear cryptanalysis. In particular, we develop upper bounds on the differential characteristic probability and on the probability of a linear approximation as a function of the number of rounds of substitutions. Further, it is shown that using large S-boxes with good diffusion characteristics and replacing the permutation between rounds by an appropriate linear transformation is effective in improving the cipher security in relation to these two attacks.This work was supported by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada and the Telecommunications Research Institute of Ontario, and was presented at the rump session of CRYPTO '93. Howard Heys is now with Electrical Engineering, Faculty of Engineering and Applied Science, Memorial University of Newfoundland, St. John's, Newfoundland, Canada A1B 3X5.     

嵌套SP网络的New-Structure系列结构的零相关线性逼近与不可能差分性质研究

分组密码的安全性分析是密码学的重要研究内容,其中不可能差分分析和零相关线性分析是密码算法安全性分析的重要方法.本文利用中间相错方法,通过对扩散层进行限制,给出了嵌套SP网络的New-Structure 系列结构的零相关线性逼近.给出了New-Structure I和New-Structure IV结构中概率非零的差分传递链和相关优势非零的线性逼近传递链在结构上的一致性.此外也给出了嵌套SP网络New-Structure I、III的16/22轮不可能差分特征.最后给出在分组规模和密钥规模均为128比特时,对New-Structure I,III,IV进行21/28/22轮的不可能差分攻击和19/28/22轮的多维零相关线性逼近攻击所需要的时间复杂度和数据复杂度.本文的结果对基于New-Structure结构设计的密码算法的安全性分析提供了理论依据.