KeeLoq密码Courtois攻击方法的分析和修正

KeeLoq密码是由Willem Smit设计的分组密码算法,广泛应用于汽车的无线门锁装置。Courtois等人在2007年提出了破译KeeLoq的4种滑动-代数攻击方法,其中第4种滑动-代数攻击方法的计算复杂性最小。本文证明了Courtois的第4种滑动-代数攻击方法的攻击原理是错误的,因而无法实现对KeeLoq的破译。此外,本文还对该方法进行了修正,提出了改进的攻击方法,利用232个已知明文能够以O(248) 次加密的计算复杂性求出KeeLoq密码的密钥,成功率为1。对于KeeLoq密码26％的密钥,其连续64圈圈函数形成的复合函数至少具有两个不动点,此时改进的攻击方法的计算复杂性还可降至O(248) 次加密。     

密码算法旁路立方攻击改进与应用

立方攻击的预处理阶段复杂度随输出比特代数次数的增长呈指数级增长,寻找有效立方集合的难度也随之增加。该文对立方攻击中预处理阶段的算法做了改进,在立方集合搜索时,由随机搜索变为带目标的搜索,设计了一个新的目标搜索优化算法,优化了预处理阶段的计算复杂度,进而使离线阶段时间复杂度显著降低。将改进的立方攻击结合旁路方法应用在MIBS分组密码算法上,从旁路攻击的角度分析MIBS的算法特点,在第3轮选择了泄露位置,建立关于初始密钥和输出比特的超定的线性方程组,可以直接恢复33 bit密钥,利用二次检测恢复6 bit密钥。所需选择明文量221.64,时间复杂度225。该结果较现有结果有较大改进,恢复的密钥数增多,在线阶段的时间复杂度降低。     

带陷门分组密码算法的设计与分析

带陷门的密码算法包含了陷门信息,知道陷门信息可以较容易地获得密码算法的密钥进而解密密文得到明文,对于不知道陷门信息的攻击者则无法有效获得密钥,并且要找到陷门信息在计算上也是很困难的。基于对称密码算法中带陷门信息的混淆部件设计了一种带陷门的分组密码算法,并对该算法进行了安全性分析,证明了在假设陷门信息保密(不公开)的情况下该类算法能够抵抗线性密码分析等攻击方法。基于这样的分组密码算法,讨论了构造公钥加密算法的思路。     

数字视频广播通用加扰算法的不可能差分分析

数字视频广播通用加扰算法(DVB-CSA)是一种混合对称加密算法,由分组密码加密和流密码加密两部分组成。该算法通常用于保护视讯压缩标准(MPEG-2)中的信号流。主要研究DVB-CSA分组加密算法(DVB-CSA-Block Cipher, CSA-BC)的不可能差分性质。通过利用S盒的具体信息,该文构造了CSA-BC的22轮不可能差分区分器,该区分器的长度比已有最好结果长2轮。进一步,利用构造的22轮不可能差分区分器,攻击了缩减的25轮CSA-BC,该攻击可以恢复24 bit种子密钥。攻击的数据复杂度、时间复杂度和存储复杂度分别为253.3个选择明文、232.5次加密和224个存储单元。对于CSA-BC的不可能差分分析,目前已知最好结果能够攻击21轮的CSA-BC并恢复16 bit的种子密钥量。就攻击的长度和恢复的密钥量而言,该文的攻击结果大大改进了已有最好结果。     

基于混沌链C细胞自动机的加密方法研究

提出一种基于混沌细胞自动机的分组密码算法,采用固定边界条件下反向加密正向解密的Feistel迭代方式,计算机模拟的实验结果证明:该算法在固定密钥的密文差错扩散率和固定明文的密文差错扩散率接近50%,可有效对抗差分攻击、穷举明文和穷举密钥攻击.     

一种针对密钥的单比特电磁模板攻击方法

旁路信息泄露是安全设备面临的一种严重威胁,通过检测包括电磁在内的任何一种旁路,都可能提取密钥信息。提出一种通过被动的监视和利用数据加密标准(DES)密码芯片的电磁泄漏来获取密钥的单比特电磁模板攻击方法。该方法与传统的模板攻击相比有三点显著的不同:一是直接以密钥为攻击目标而不是密钥的算法置换;二是为单比特建立模板而不是多个比特;三是不需要已知明文或密文。针对DES加密方案的实验结果确认了这种方法在密码分析中的有效性。     

Rijndael扩展算法及其JAVA实现

探讨了长度大于256比特明文和密钥的Rijndael密码扩展算法，分析了扩展Rijndael算法的输入明文和密钥的排列规则和随后轮处理中各个步骤采用的处理方法，提出了一种通过Ri-jndael算法自身加密密钥来增强扩展密钥安全性的方法，介绍了Rijndael算法的JAVA软件实现和其核心模块的JAVA编程。     

基于NTRU的全同态加密方案

本文提出一种基于公钥密码体制（Number Theory Research Unit,NTRU）选择明文攻击（Chosen Plaintext Attack,CPA）可证明安全的全同态加密方案.首先,对NTRU的密钥生成算法进行改进,通过格上的高斯抽象算法生成密钥对,避免了有效的格攻击,同时,没有改变密钥的分布.然后,基于改进的NTRU加密算法,利用Flattening技术,构造了一个全同态加密体制,并在标准模型下证明方案是选择明文攻击不可区分性IND-CPA安全的.     

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。     

改进的减轮MIBS-80密码的中间相遇攻击

MIBS密码算法是一个Feistel结构的轻量级分组密码,广泛适用于资源严格受限的环境。该文利用多重集和有效的差分枚举方法,构造了8轮MIBS中间相遇区分器,并在新区分器的基础上,实现了12轮和13轮MIBS-80密码的中间相遇攻击。攻击过程利用差分传递的性质筛选明文对,利用MIBS-80密钥扩展算法中主密钥和轮密钥的关系减少密钥的猜测量,攻击12轮MIBS-80的时间复杂度为253.2,攻击13轮MIBS-80的时间复杂度为262。与已有中间相遇攻击的结果相比,该文对MIBS-80中间相遇攻击的轮数提高了2轮。     

CS-CIPHER两个变体的线性密码分析

CS-CIPHER是NESSIE公布的17个候选算法之一,它的分组长度为64-比特.本文对CS-CIPHER的两个变体进行了线性密码分析.对第一个变体的攻击成功率约为78.5%,数据复杂度为2⁵²,处理复杂度为2³².对第二个变体的攻击成功率约为78.5%,数据复杂度为2⁵²,处理复杂度为2¹¹².     

Information leakage of Feistel ciphers

We examine the information leakage between sets of plaintext and ciphertext bits in symmetric-key block ciphers. The paper demonstrates the effectiveness of information leakage as a measure of cipher security by relating information leakage to linear cryptanalysis and by determining a lower bound on the amount of data required in an attack from an upper bound on information leakage. As well, a model is developed which is used to estimate the upper bound on the information leakage of a general Feistel (1975) block cipher. For a cipher that fits the model well, the results of the analysis can be used as a measure in determining the number of rounds required for security against attacks based on information leakage. It is conjectured that the CAST-128 cipher fits the model well and using the model it is predicted that information leaked from 20 or fewer plaintext bits is small enough to make an attack on CAST-128 infeasible     

对混沌序列密码的相关密钥攻击

该文首次提出了对混沌序列密码的相关密钥攻击方法。该方法将线性密码分析的思想与对混沌密码的分割攻击方法相结合, 利用多个相关密钥产生的乱数序列对混沌密码实施分割攻击, 从而大大提高了分割攻击方法的效率, 克服了当混沌密码吻合度分布泄漏的信息较小或密钥规模较大时, 分割攻击方法难以将攻击方案的计算复杂性降低在可实现范围内的局限。作为例子, 该文实现了对具有64bit密钥的ZLL混沌密码的相关密钥攻击, 在主频为2.5GHz的Pentium 4-PC机上, 整个攻击时间平均为154s, 成功率为0.96。     

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.     

Cobra-H64/128算法的相关密钥-差分攻击

本文研究了Cobra-H64/128分组密码算法在相关密钥-差分攻击下的安全性.针对Cobra-H64算法,利用新构造的相关密钥-差分路径和CP逆变换存在的信息泄露规律给出攻击算法1,恢复出了全部128bit密钥,相应的计算复杂度为2^40.5次Cobra-H64算法加密,数据复杂度为2^40.5个选择明文,存储复杂度为2^22bit,成功率约为1;针对Cobra-H128算法,利用新构造的相关密钥-差分路径给出攻击算法2,恢复出了全部256bit密钥,相应的计算复杂度为2^76次Cobra-H128算法加密,数据复杂度为2^76个选择明文,存储复杂度为2^16.2bit.分析结果表明,Cobra-H64/128算法在相关密钥-差分攻击条件下是不安全的.     

Rotational Rebound Attacks on Reduced Skein

In this paper we combine two powerful methods of symmetric cryptanalysis: rotational cryptanalysis and the rebound attack. Rotational cryptanalysis was designed for the analysis of bit-oriented designs like ARX (Addition-Rotation-XOR) schemes. It has been applied to several hash functions and block ciphers, including the new standard SHA-3 (Keccak). The rebound attack is a start-from-the-middle approach for finding differential paths and conforming pairs in byte-oriented designs like Substitution-Permutation networks and AES. We apply our new compositional attack to the reduced version of the hash function Skein, a finalist of the SHA-3 competition. Our attack penetrates more than two thirds of the Skein core—the cipher Threefish, and made the designers to change the submission in order to prevent it. The rebound part of our attack has been significantly enhanced to deliver results on the largest number of rounds. We also use neutral bits and message modification methods from the practice of collision search in MD5 and SHA-1 hash functions. These methods push the rotational property through more rounds than previous analysis suggested, and eventually establish a distinguishing property for the reduced Threefish cipher. We formally prove that such a property cannot be found for an ideal cipher within the complexity limits of our attack. The complexity estimates are supported by extensive experiments.     

Key-dependent side-channel cube attack on CRAFT

CRAFT is a tweakable block cipher introduced in 2019 that aims to provide strong protection against differential fault analysis. In this paper, we show that CRAFT is vulnerable to side-channel cube attacks. We apply side-channel cube attacks to CRAFT with the Hamming weight leakage assumption. We found that the first half of the secret key can be recovered from the Hamming weight leakage after the first round. Next, using the recovered key bits, we continue our attack to recover the second half of the secret key. We show that the set of equations that are solvable varies depending on the value of the key bits. Our result shows that 99.90% of the key space can be fully recovered within a practical time.     

LBlock-s算法的不可能差分分析

LBlock-s算法是CAESAR竞赛候选认证加密算法LAC中的主体算法,算法结构与LBlock算法基本一致,只是密钥扩展算法采用了扩散效果更好的增强版设计.利用新密钥扩展算法中仍然存在的子密钥间的迭代关系,通过选择合适的14轮不可能差分特征,我们给出了对21轮LBlock-s算法的不可能差分分析.攻击需要猜测的子密钥比特数为72比特,需要的数据量为2⁶³个选择明文,时间复杂度约为2^67.61次21轮加密.利用部分匹配技术,我们也给出了直到23轮LBlock-s算法低于密钥穷举量的不可能差分分析结果.这些研究可以为LAC算法的整体分析提供参考依据.     

Linearly weak keys of RC5 [private-key cipher]

The author examines the application of linear cryptanalysis to the RC5 private-key cipher and shows that there are expected to be weak keys for which the attack is applicable to many rounds. It is demonstrated that, for the 12-round nominal RC5 version with a 64 bit block size and a 128 bit key, there are 2²⁸ weak keys for which only ~2¹⁷ known plaintexts are required to break the cipher. There are 268 keys for which the cipher is theoretically breakable, requiring ~2⁵⁷ known plaintexts. The analysis highlights the sensitivity of RC5 security to its key scheduling algorithm