SMS4算法S盒布尔函数的Walsh谱分析

S盒是现代对称密码中非常重要的组成部分,是大多数分组密码中唯一的非线性结构,在很大程度上决定分组密码的安全性.利用Walsh谱理论,分析中国最新分组密码标准SMS4算法S盒的线性性、非线性性、平衡性、严格雪崩特性和扩散特性等密码性质,从理论上揭示SMS4算法S盒的安全性.     

适于硬件实现的S盒构造方法

有限域上的乘法求逆变换和仿射变换混合后良好的密码学性质是Rijndeal、Camellia、SMS4等分组密码算法S盒设计的基础,总结了三种分组密码算法的S盒密码学性质,在此基础上提炼出一类S盒的构造模型,并根据硬件实现的特点,利用循环矩阵给出了一大批S盒。与Rijndeal算法S盒相比,此类S盒的密码学性质更加优良,同时硬件实现的资源开销与Rijndeal算法S盒大体相当。     

SMS4算法S盒代数性质的研究

对中国分组密码新标准SMS4算法s盒布尔函数的密码性质进行了深入的分析,研究其平衡性、非线性、代数次数等性质,理论上证明了SMS4算法s盒所拥有的一些较好的安全特性。     

动态SMS4算法的研究与实现

SMS4是用于无线局域网的分组密码算法,是国内官方公布的第一个商用密码算法,对该算法的分析和研究有着十分重要的意义和作用。本文介绍了SMS4密码算法的原理,并在此算法的基础上,采用动态得到加密要素CK的方法,实现SMS4加密编制一次一变的目的,从而进一步提高算法的安全性。     

S盒抗DPA能力与非线性度的关系

S盒作为高级加密标准(AES)中的唯一非线性部件,是影响算法性能的重要因素之一,在研究其性质的基础上,将透明阶作为衡量密码系统抗差分功耗分析(DPA)能力的一个指标,推导出高非线性函数透明阶的下界计算公式。实验结果表明,该算法是有效的,在类似AES的分组密码中,S盒非线性度与密码抗DPA能力成反比关系。     

SMS4分组密码体制的分析及其实现

由于分组密码具有安全性高、加密速度快的优点,经常被应用到社会的各个领域。对我国无线局域网产品的加密算法SMS4密码体制进行了详细地分析,并给出了可运行的SMS4算法的源代码。     

针对PRESENT分组密码算法的代数分析*

本文研究针对PRESENT分组密码的代数分析。通过使用S盒的表达式形式,构建出多轮PRESENT加密中的代数方程组。这种构建方程的方法被推广到具有小型S盒的典型SPN型分组密码算法的方程构建问题中。文中还对简化的PRESENT算法进行了攻击实验。采用MiniSAT作为攻击过程中的求解工具,对4轮、6轮PRESENT加密进行实际攻击。可以在一分钟之内恢复4轮加密的所有密钥,数小时内恢复6轮加密的密钥。并且通过引入了差分思想,首次将有效攻击轮数提高到8轮。     

一类分组密码的S盒重组算法

S盒是许多分组密码唯一的非线性部件,它的密码强度决定了整个密码算法的安全强度.足够大的S盒是安全的,但为了便于实现,分组密码多采用若干小S盒拼凑.针对一类分组密码算法,通过将S盒与密钥相关联,给出了S盒重组算法,丰富了S盒的应用模式,有效提高了分组密码的安全强度.     

SMS4密码算法的差分功耗分析攻击研究

SMS4算法是用于无线局域网产品的分组密码算法,本文研究对SMS4密码算法的差分功耗分析攻击方法. 通过对算法结构的分析,结合差分功耗分析技术的原理,提出一种面向轮密钥字节的攻击方法. 在利用该方法获取最后四轮轮密钥的基础上,即可进一步推算出128bit加密密钥. 仿真实验结果证明,该攻击方法对SMS4轮运算有效可行,SMS4算法对差分功耗分析攻击是脆弱的,密码硬件设备需要对此类攻击进行防护.     

基于非S盒变换的DES分组密码的改进

通过对分组密码安全性设计的分析,针对DES分组密码的不足进行改进,设计了一种基于非S盒变换的变种DES,用随机数产生S盒的排列顺序,通过对密钥和S盒顺序的交替移位,使所有的明文采用不同的密钥加密或不同的S盒处理,任意两组相同的明文加密后都会产生不同的密文,从而实现牢不可破的"一次一密"的密码体制.     

满足若干密码学性质的S-盒的构造

S-盒是许多密码算法的唯一非线性部件,它的密码强度决定了整个密码算法的安全强度.但 是对于大的S-盒的构造比较困难,而且软硬件实现也比较难,目前比较流行的是8×8的S-盒 .基于m-序列,提出一种构造8×8与8×6的S-盒的方法,通过测试法从中选出了一批非线性 性质与差分均匀性都比较好的S-盒.同时,基于正形置换构造了一批4×4的S-盒.这些S-盒 对进一步设计密码算法提供了非线性资源.     

一种改善双射S盒密码特性的有效算法

S盒是许多密码算法中的惟一非线性部件，它的密码强度决定了整个密码算法的安全强度．利用基因算法可以构造出密码特性良好的S盒，实践证明，若能在基因算法的中间过程对子S盒的密码特性作局部优化，将会使算法更加有效．William Millan曾给出一个改善双射S盒的非线性度的算法．而差分均匀性也是衡量S盒密码特性的一个重要指标，研究了如何利用差分矩阵来改善差分均匀性，并给出了一个实用的算法，它能同时改善一个随机选取的双射S盒的非线性度和差分均匀性．     

Using RC4 and AES Key Schedule to Generate Dynamic S-Box in AES

ABSTRACT

Advanced Encryption Standard (AES) block cipher system is widely used in cryptographic applications. Substitution boxes (S-boxes) are a keystone of modern symmetric cryptosystems which bring nonlinearity to the cryptosystems and strengthen their cryptographic security. The S-box component used in classic AES is fixed and not changeable. If the S-box is generated dynamically, the cryptographic strength of AES cipher system would be increased. In this article, we use RC4 and AES Key Expansion algorithms to generate dynamic S-box for AES. The purpose of the proposed approach is to generate more secure S-boxes. The generated S-box will have better results in security analysis. To examine the security, various tests are applied to the new S-box and the results pass all of them.     

基于GPU的密码S盒代数性质评估方法

密码S盒即黑盒,作为对称密码算法中的非线性部件,其代数性质往往决定着密码算法的安全性能。差分均匀度、非线性度及透明阶作为衡量密码S盒安全性质的三个基本指标,分别刻画了S盒抵御差分密码分析、线性密码分析及差分功耗攻击的能力。当密码S盒输入尺寸较大（如S盒输入长度大于15比特）时在中央处理器（CPU）中的求解所需时间仍过长,甚至求解不可行。如何针对大尺寸输入密码S盒的代数性质进行快速评估是目前业界的研究热点。基于图形处理器（GPU）提出一种快速评估密码S盒代数性质的方法。该方法利用切片技术将内核函数拆分至多线程,并结合求解差分均匀度、非线性度及透明阶的特征提出优化方案,从而实现并行计算。测试结果表明,与基于CPU的实现环境相比,基于单块GPU的环境下的实现效率得到了显著的提升。具体来说,计算差分均匀度、非线性度及透明阶所花时间分别节省了90.28%、78.57%、60%,验证了该方法的有效性。     

Construction of Cryptographically Strong S-Boxes Inspired by Bee Waggle Dance

In this paper, we explore a heuristic method called the bee waggle dance to construct cryptographically strong S-boxes. The S-boxes exhibit good cryptographic properties such as high nonlinearity, low differential uniformity and high algebraic degree. The method involves the use of a trinomial power function as the initial S-box. The elements in the S-box are then permuted using the bee waggle dance algorithm. The S-boxes produced using this method are found to compare reasonably well with other existing S-boxes constructed using alternative heuristic methods. To the best of our knowledge, this is the first attempt to construct cryptographically strong S-boxes using the bee waggle dance algorithm.     

基于抗退化混沌系统的动态S盒设计与分析

S盒是分组密码算法中的关键部件之一,其混淆和置乱作用决定着整个密码算法的安全强度。为使基于混沌系统生成的S盒具有更好的密码学性能,提出了一种基于抗退化混沌系统的动态S盒设计方案。首先,使用Lorenz混沌映射扰动Chebyshev混沌映射;然后,使用截取位数法和划分区间法生成两种初始S盒;最后,使用索引排序扰乱法得到最终S盒。所提抗退化混沌系统生成的混沌序列不存在短周期现象,具有遍历性、不可预测性等特点;运用于S盒的设计中能极大提升S盒的安全性能,消除混沌生成源的安全隐患;并且,通过对系统参数的调控可批量地生成动态S盒。对S盒的安全性能,即非线性度、差分均匀性、严格雪崩准则、输出比特间独立性和双射特性进行了测试和对比,实验结果表明,所提方案生成的S盒具有更好的密码学性能,可用于分组密码算法的设计中。     

高级加密标准Rijndael算法中S盒的替换方案

分析了高级加密标准Rijndael算法中非线性变换S盒的设计思想,对S盒构造过程中的仿射变换加以改变构造出了一批密码性能良好的88的S盒,从方差的角度分析了S盒的雪崩概率,并从中得到部分规律,这将有助于寻找更加安全的S盒。