低轮MIBS 分组密码的积分分析

MIBS算法是由Izadi等人在CANS 2009上提出的一个轻量级分组密码算法,整体采用Feistel结构,轮函数使用SP结构,分组长度为64 b,包含MIBS-64和MIBS-80这2个版本,适用于资源受限的环境,例如RFID（radio frequency identification）标签. 研究MIBS算法针对积分攻击的安全性. 首先,针对该算法的密钥编排算法,利用密钥搭桥技术,分别得到了MIBS-64和MIBS-80的轮密钥的相关性质. 其次,利用基于MILP（mixed integer linear programming）的比特可分性的自动化建模搜索方法,构造了MIBS的8轮和9轮积分区分器. 然后,基于8轮积分区分器,给出了12轮MIBS-64的密钥恢复攻击,数据复杂度为$ {{\\text{2}}^{{\\text{60}}}} $,时间复杂度为$ {{\\text{2}}^{{\\text{63}}{\\text{.42}}}} $;最后,基于9轮积分区分器,给出了14轮MIBS-64的密钥恢复攻击,数据复杂度为$ {{\\text{2}}^{{\\text{63}}}} $,时间复杂度为$ {{\\text{2}}^{{\\text{66}}}} $. 这是目前对MIBS-64和MIBS-80轮数最长的积分攻击.

     

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.     

高阶差分视角下的积分攻击

积分攻击和高阶差分攻击是分组密码的两种重要分析技术.尽管两者的理论基础并不相同,但是它们的攻击过程却十分相似.该文从高阶差分分析的视角来解释AES和Rijndael-256的积分区分器,证明高阶差分分析对此类算法同样有很强的分析能力.此外,改进了Rijndael-256的3轮区分器的数据复杂度.最后,给出了SPONGENT杂凑函数中间置换的14轮零和区分器.     

对CRYPTON V1.0算法的积分攻击

CRYPTONV1.0密码是一个具有128比特分组长度、128比特密钥的分组密码。CRYP-TONV1.0密码的线性层是基于比特设计的,因而传统的积分攻击无法对其进行分析。本文对CRYP-TONV1.0密码进行分析,从比特的层面上寻找平衡性,得到了一个3轮积分区分器,区分器的可靠性在PC机上进行了验证,该区分器需要1024个明文将3轮CRYPTONV1.0与随机置换区分开来,并且所得密文的每一比特都是平衡的。基于该区分器,对低轮CRYPTONV1.0密码进行了攻击,结果表明,攻击4轮CRYPTONV1.0密码的数据复杂度为211,时间复杂度为223,攻击5轮的数据复杂度为212.4,时间复杂度为253。     

Midori64分组密码算法的积分攻击

积分攻击是一种重要的密钥恢复攻击方法,已被广泛应用于多种分组算法分析任务.Midori64算法是一种轻量级分组密码算法,为对其进行积分攻击,构建3个6轮零相关区分器,将其分别转化为6轮平衡积分区分器并合成为一个性质优良的6轮零和积分区分器,将该零和积分区分器向前扩展1轮得到一个7轮零和积分区分器.分别采用部分和技术与快...     

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。     

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.     

基于比特可分性的BORON和Khudra积分区分器搜索

分别针对近年来提出的SPN结构的BORON密码算法和Feistel结构的Khudra密码算法进行积分性质的评估。根据各自算法线性层和非线性层的结构,建立基于比特可分性的混合整数线性规划（MILP）模型。根据最终搜索的目标轮数生成相应的目标函数,利用Gurobi优化器进行求解,并进行积分区分器的搜索,分别得到了BORON算法的6轮积分区分器和Khudra算法的7轮积分区分器,均是目前已知的最长区分器。利用积分区分器,可以对密码算法进行更多轮数的积分性质的评估。     

Collision attack on reduced-round Camellia

Camellia is the final winner of 128-bit block cipher in NESSIE. In this paper, we construct some efficient distinguishers between 4-round Camellia and a random permutation of the blocks space. By using collision-searching techniques, the distinguishers are used to attack on 6, 7, 8 and 9 rounds of Camellia with 128-bit key and 8, 9 and 10 rounds of Camellia with 192/256-bit key. The 128-bit key of 6 rounds Camellia can be recovered with 210 chosen plaintexts and 215 encryptions. The 128-bit key of 7 rounds Camellia can be recovered with 212 chosen plaintexts and 254.5 encryptions. The 128-bit key of 8 rounds Camellia can be recovered with 213 chosen plaintexts and 2112.1 encryptions. The 128-bit key of 9 rounds Camellia can be recovered with 2113.6 chosen plaintexts and 2121 encryptions. The 192/256-bit key of 8 rounds Camellia can be recovered with 213 chosen plaintexts and 2111.1 encryptions. The 192/256-bit key of 9 rounds Camellia can be recovered with 213 chosen plaintexts and 2175.6 encryptions. Th     

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.     

PFP算法改进的不可能差分分析

目前资源受限环境的应用场景越来越多,该场景下的数据加密需求也随之增加。以国际标准PRESENT算法为代表的一大批轻量级分组密码应运而生。PFP算法是一种基于Feistel结构的超轻量级分组密码算法,它的轮函数设计借鉴了国际标准PRESENT算法的设计思想。PFP算法的分组长度为64比特,密钥长度为80比特,迭代轮数为34轮。针对PFP算法,研究了其抵抗不可能差分分析的能力。在该算法的设计文档中,设计者利用5轮不可能差分区分器攻击6轮的PFP算法,能够恢复32比特的种子密钥。与该结果相比,文中通过研究轮函数的具体设计细节,利用S盒的差分性质构造出7轮不可能差分区分器,并攻击9轮的PFP算法,能够恢复36比特的种子密钥。该结果无论在攻击轮数还是恢复的密钥量方面,均优于已有结果,是目前PFP算法最好的不可能差分分析结果。     

SNAKE(2)分组密码的积分攻击

针对目前对SNAKE算法的安全性分析主要是插值攻击及不可能差分攻击,评估了SNAKE(2)算法对积分攻击的抵抗能力。利用高阶积分的思想,构造了一个8轮区分器,利用该区分器,对SNAKE(2)算法进行了9轮、10轮积分攻击。攻击结果表明,SNAKE(2)算法对10轮积分攻击是不免疫的。     

CHAM算法的安全性分析

本文主要研究基于ARX结构的轻量级分组密码CHAM算法,利用不可能差分分析、零相关线性分析对其进行安全性分析.首先,利用线性不等式组对算法的每个组件进行等价刻画,描述了差分特征和线性掩码的传播规律,建立了基于MILP(混合整数规划问题)的不可能差分和零相关线性自动化搜索模型.其次,根据CHAM算法四分支广义Feistel结构的特点,得到CHAM算法特定形式(输入或者输出差分(掩码)仅含有一个非零块)下的最长不可能差分路径和零相关线性路径具有的性质,优化了搜索策略,缩小了搜索空间.最后,利用搜索算法,遍历特定的输入输出集合,共得到CHAM-64的5条19轮不可能差分区分器,CHAM-128的1条18轮不可能差分区分器和15条19轮零相关线性区分器,均为目前公开发表的最长同类型区分器.     

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。     

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。     

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.     

概率积分及其在PUFFIN算法中的应用

积分分析是一种针对分组密码十分有效的分析方法,其通常利用密文某些位置的零和性质构造积分区分器.基于高阶差分理论,可通过研究密文与明文之间多项式的代数次数来确定密文某些位置是否平衡.从传统的积分分析出发,首次考虑常数对多项式首项系数的影响,提出了概率积分分析方法,并将其应用于PUFFIN算法的安全性分析.针对PUFFIN...     

Crypton算法的不可能差分分析

Crypton算法是基于Square算法设计的SPN结构类密码算法,由于其具备良好的软硬件性能而引起了广泛的关注.对Crypton分组密码算法在不可能差分分析下的安全性进行了研究.通过分析Crypton算法扩散层的性质,指出了现有7轮Crypton算法不可能差分分析中存在的问题,结合快速排序、分割攻击与早夭技术对7轮Crypton算法的不可能差分分析进行了改进,降低了其数据复杂度与时间复杂度;同时,通过并行使用4条不可能差分区分器,结合密钥扩展算法的性质给出了7轮Crypton算法的多重不可能差分分析结果,恢复了算法的主密钥;最后,在7轮Crypton算法的不可能差分分析的基础上向后拓展1轮,给出了8轮Crypton-256算法的不可能差分分析,恢复了其主密钥,其数据复杂度为2\\+{103}个选择明文,时间复杂度为2\\+{214}次8轮Crypton加密,存储复杂度为2\\+{154.4} B.研究结果表明:结合算法的性质及多种技术给出了Crypton算法目前最优的不可能差分分析结果.     

E2算法的中间相遇攻击

作为AES的候选算法,E2算法由于其特殊的两层SP结构一直是人们研究的热点。研究了E2算法抵抗中间相遇攻击的能力。基于E2算法的结构,利用中间相遇的思想设计了一个4轮区分器,利用该区分器,对E2算法进行了5轮、6轮中间相遇攻击。研究结果表明,E2-128算法对于5轮中间相遇攻击以及E2-256算法对于6轮中间相遇攻击是不抵抗的。这是首次用中间相遇的攻击方法对E2算法进行的分析,相对于已有的结果,该方法降低了所用数据复杂度。     

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。