基于Matlab的Hash算法BLAKE的设计与实现

Hash算法I3工AKE是新一代安全Hash标准SHA-3全球公开征集过程中进入最后一轮的5个候选者之一。 给出一种基于Matlab的带有图形界面GUI的BLAKE程序的设计与实现过程。本程序可用于实际的BLAKE Hash 值的运算,最重要的是为BLAKE的教学与实验提供了更方便直观的工具。     

SHA-3轮函数中χ及θ变换的性质研究

Keccak自2012被宣布为新Hash函数标准SHA-3后受到众多学者的关注,成为当前的研究热点之一。χ及θ是Keccak轮函数中最重要也是最复杂的两个变换。首先对Keccak轮函数中唯一的非线性变换χ的性质进行分析,将χ表示为布尔函数表达式形式,对χ输入差分的32种情况逐一进行推导,得到32种输出差分的布尔函数表达式,进而构造出χ的输入输出差分分布表,并对其差分分布规律进行了分析。Double Kernel形式的差分保证差分通过θ变换时不被其扩散,针对文献[1]中的低汉明重量Double Kernel形式差分的搜索算法,提出了一种新的搜索算法,新算法的复杂度较之原算法有明显降低。实验和理论推导证明了汉明重量为4及以下的Double Kernel形式差分不存在。     

Keccak类非线性变换的置换性质研究

Keccak杂凑函数是通过SHA-3最后一轮筛选的五个杂凑函数之一。通过对Keccak杂凑函数的非线性环节进行研究,提出了n元Keccak类非线性变换,并逐比特分析了其变换规律,通过分类研究,给出了两个原象不相等时,象不相等的充分条件和象相等的必要条件;进一步证明了当n为奇数时,n元Keccak类非线性变换是一个置换;当n为偶数时,不是一个置换。最后,证明了当n为奇数时,n元Keccak类非线性变换不是全向置换、全距置换和正形置换,为进一步应用这类编码模型奠定了理论基础。     

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。     

SHA-3轮函数中ρ、π及χ变换的逆变换

Keccak自2012年被宣布为新一代Hash函数标准SHA-3后受到密码学界的高度关注,成为当前Hash函数研究的热点。文中给出了SHA-3轮函数中ρ、π和χ三个变换的逆变换。ρ变换只在同一道内沿z轴正向循环移位,故依据其移位距离表沿z轴负方向移位同样距离即得到其逆变换ρ-1;π变换依赖于GF（5）上一个2阶变换矩阵,利用高斯消元法对此方阵求逆可得到其逆矩阵,也即得到了π变换的逆变换;χ变换是SHA-3轮函数中唯一的非线性变换,首先列出χ变换的真值表,然后通过真值表推导得出了其逆变换χ-1的布尔函数表达式。基于ρ^-1、π^-1和χ^-1,可利用中间相遇攻击的思想构造差分路径对SHA-3进行攻击,通过消息修改技术使差分路径以概率1通过χ-1,能够大大提高攻击成功的概率。     

代数系统求解4轮Keccak-256原像攻击的完善

Keccak哈希函数是第三代安全哈希函数,具有可证明的安全性与良好的实现性能.讨论基于代数系统求解的4轮Keccak-256原像攻击,对已有的4轮原像攻击方法进行了完善,有效降低了理论复杂度.目前,4轮Keccak-256原像攻击的理论复杂度最低为2239,通过充分利用二次比特的因式之间的关系,在自由度相同的情况下,线...     

关于MD5强度分析的研究

本文试图通过对MD5算法强度的分析,结合现有的碰撞分析的结论,为Hash算法的改进提出相应的思路。作为一个广为使用的Hash算法的MD5,一次循环包含了四轮64步及一次累加运算。本文通过对它由步到轮,再由轮到全局循环的分析,给出了现有碰撞分析的突破点及怎样弥补这些已被突破的缺陷。在现有研究的基础上,本文主要改进了文献[1]中给出的各步分析的结论;利用改进的结论将文献[1]中给出的概率分析非概率化;在全局碰撞的分析中给出了单轮的最大k-原像攻击的可能性;在文章的最后给出了Hash函数的四个个可能的改进方向及相应的意见。     

多核数据去重的硬件卸载方法和系统

为加速数据交互过程,并极大释放CPU的算力,介绍了一种多核硬件去重方法,通过硬件实现主机的内存数据搬移、调度和Hash摘要计算。同时,为解决目前国际主流Hash算法中数据块之间串行迭代架构带来的低吞吐量问题,采用多核并行流水的数据搬移和调度策略,能够在算法核的一轮迭代周期,实现16个数据块的调度分发,将吞吐量提升16倍。针对Hash算法本身不可避免存在摘要碰撞可能的问题,本设计对Hash相同摘要数据,增加数据比较处理,确保了去重结果的准确度。     

Hash函数研究综述

Hash函数是重要的密码元件,本文简单介绍了Hash函数的基本概念、结构和一些目前广泛使用的Hash算法。对Hash函数的攻击、改进等部分研究成果做了简要概述．最后对Hash函数的研究做了展望。     

利用Hash树生成频繁项目集的新方法

频繁项目集的生成是关联规则挖掘中的关键问题 .提出基于 Hash树的频繁项目集生成新方法 ,探讨了 Hash树中候选项目集的数据组织与建立算法 ,提出了利用 Hash树计算候选项目集支持数的算法 ,并用 Java语言实现了该算法 ,最后通过实验验证了利用 Hash树生成频繁项目集的有效性     

Compact Keccak Hardware Architecture for Data Integrity and Authentication on FPGAs

ABSTRACT

Cryptographic hash functions play a crucial role in networking and communication security, including their use for data integrity and message authentication. Keccak hash algorithm is one of the finalists in the next generation SHA-3 hash algorithm competition. It is based on the sponge construction whose hardware performance is worth investigation. We developed an efficient hardware architecture for the Keccak hash algorithm on Field-Programmable Gate Array (FPGA). Due to the serialization exploited in the proposed architecture, the area needed for its implementation is reduced significantly accompanied by higher efficiency rate. In addition, low latency is attained so that higher operating frequencies can be accessed. We use the coprocessor approach which exploits the use of RAM blocks that exist in most FPGA platforms. For this coprocessor, a new datapath structure allowing parallel execution of multiple instructions is designed. Implementation results prove that our Keccak coprocessor achieves high performance in a small area.     

Keccak算法|海绵结构|哈希算法|可重构|现场可编程门阵列

在分析研究Keccak算法的基础上,针对现有Keccak算法的硬件实现方案版本单一,应用不灵活的问题,设计了一种高性能可重构的Keccak算法硬件实现方案。实验结果表明:该方案在Xilinx 公司的现场可编程门阵列(FPGA)Virtex-5平台上的时钟频率可达214MHz,占用1607slices;该方案具有吞吐量高(9131Mbps),应用灵活性好,可支持4种不同参数版本的优点。     

A SAT-based preimage analysis of reduced Keccak hash functions

In this paper, we present a preimage attack on reduced versions of Keccak hash functions. We use our recently developed toolkit CryptLogVer for generating the conjunctive normal form, CNF, which is passed to the SAT solver PrecoSAT. We found preimages for some reduced versions of the function and showed that full Keccak function has a comfortable security margin against this kind of attack.     

基于二叉树的反向Hash链遍历

提出了一种反向Hash链遍历的时间、空间复杂度优化算法.采用堆栈操作实现了高效的反向Hash链遍历,并将Hash链遍历过程映射到了二叉树的后序遍历过程,利用二叉树性质对存储和计算性能进行了理论化分析和证明.分析证明结果表明,遍历对长为n的反向Hash链时,算法只需要存储[lbn]+1个节点值,并且进行不多于[(lbn-/2+1)n次Hash计算次数.相比同类其他算法,该算法并不要求链长为2的整数次方.通过对算法进行基于k叉树(k≥3)的扩展,进一步将存储空间降低到[lo gk[(k-1)n+1],但总计算次数提高到[(-logk[(k-1)n+1]-1)k/2+1]n;通过在算法执行前先把Hash链平分为p段(p≥2),将总计算次数降低到[(lb(n/p)-/2+1)n,但是所需的存储空间提高到[(lb(n/p)+1)p.     

基于三维小波变换的视频散列算法

针对视频水印系统的安全性问题,提出一种基于三维小波变换的视频散列算法。该算法对预处理后的三维视频序列依次进行行方向一维小波变换、列方向一维小波变换和时间方向一维小波变换,完成视频序列的一层三维离散小波变换,并给出散列计算结果。仿真实验证明,该算法对帧内像素移动攻击及随机帧抖动攻击具有较强的鲁棒性。     

差分分析方法在HAVAL中的应用

差分分析方法是攻击迭代密码最有效的方法之一,它可以用来攻击任何一个用轮函数迭代的方法构造的密码系统。为此,描述差分分析方法在Hash函数HAVAL-128算法中的应用,并给出选择消息差分、确定差分路径、推导保证差分路径成立的充分条件等方法,诠释了利用差分分析方法攻击Hash函数的理论依据及步骤。