4 bit S盒输入及输出低次代数关系分析

随着4 bit S盒在轻量级密码算法中的广泛应用,如何捕获这些4 bit S盒输入及输出的代数关系成为了目前的研究热点之一。根据S盒的输入及输出关系,提出了◢n◣ bit S盒的非线性回路代数关系的通用求解算法。针对4 bit S盒设计了高效的非线性回路代数关系求解算法,并对国际公认的16类最优4 bit S盒及多个著名的轻量级密码算法中的S盒进行了测试分析。同时,还对上述轻量级密码算法中S盒所属等价类进行了检测。研究结果表明：16类S盒代表元中只有3类不存在二次回路代数关系;同属等价类S盒可能会有不同的二次回路代数关系;MANTIS、PRIDE、Marvin等轻量级算法的S盒存在多个二次回路代数关系。即这些包含低次回路代数关系的S盒存在潜在的安全缺陷。     

SM4算法门限掩码方案设计与实现

侧信道分析已严重威胁到密码算法应用安全,为提高SM4算法抵御侧信道分析的能力,提出一种门限掩码方案。首先,完成对SM4算法S盒的复合域分解;其次,基于二共享设计门限掩码方案,使用随机数将S盒输入进行二共享拆分,通过复合域运算和S盒门限掩码进行电路重构,并基于S盒复用降低硬件开销;最后进行线性层操作后将两个输出结果通过异或完成去掩码操作。对SM4算法门限掩码方案的FPGA实现仿真结果和安全性测试结果表明,本掩码方案能够有效抵抗CPA攻击,实现面积相对较低。     

DES S盒的输入输出特性分析

对DES S盒的输入输出分布特性进行了深入分析,利用DES加密准则及一系列函数的定义,给出S盒的输入输出分布表达式.分析了f函数及S盒的输入输出分布特性,结果表明,相邻两个S盒的输入是独立均匀分布的,但其输出并不是均匀的.运用这种特性可对DES进行已知明文的攻击.     

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。     

基于S盒的数字图像置乱技术

数字图像置乱技术，作为数字图像信息隐藏的预处理和后处理，其主要目的是将一幅有意义的图像变成一幅杂乱无章的图像，用以增加数字图像信息隐藏算法抵抗非法攻击的能力，从而增加安全性。本文以图像信息安全问题为背景，介绍了通常用于分组密码系统中的S盒的理论基础，提出了一种基于S盒的数字图像置乱方法，同时讨论了置乱算法的周期性。实验结果表明，算法具有很好的置乱效果。     

抗差分功耗分析攻击的AES S盒电路设计

提出一种抗差分功耗分析攻击的高级加密标准(AES)异步S盒电路。采用复合域算法实现精简的S盒结构,通过引入单轨异步流水线降低整个S盒的功耗,在单轨电路中局部采用异步双轨电路,利用随机数控制下的数据扰乱机制,改善电路的抗差分功耗分析攻击性能,建立S盒差分功耗分析攻击仿真平台,对设计的相关性能进行了仿真验证和测试。     

多态性密钥交换协议的位独立性安全分析

Diffie-Hellman协议是用于正规场景中的基于离散对数的密钥交换算法,该算法要求通信双方建立长期可信任的伙伴关系。基于多态性Diffie-Hellman密钥交换协议,提出更加安全的多态性密钥交换协议设计方案,在交换协议中附加了通信双方的身份信息,可以由通信双方各自的伪随机序列产生器来共同设计多态性S-盒,这种多态性S-盒在非正规的场景中可以得到广泛应用。     

DES算法的S盒实现方法分析

S盒是DES算法中的一个关键环节。这里对使用VHDL设计S盒的方法作了一些比较和分析。     

一种扩展的Rijndael算法及其DSP快速实现的研究

研究一种扩展的Rijndael算法的设计策略，重点研究了列混合变换及其逆变换的设计；在此基础上，研究列混合变换中字节模乘运算的实现算法，根据这种扩展算法加密轮的4个变换的特征，提出了两种快速实现方案。在DSP平台上实现该扩展算法的基础上，对该扩展算法的ANSI C代码进行综合优化，并取得良好的效果。另外，本文从雪崩效应角度分析了算法的安全性.     

AES S盒的分析及改进方案设计

研究了AES S盒的构造原理和主要代数性质,指出了AES S盒的仿射变换对周期为4,迭代输出周期不大于88,严格雪崩准则距离为432,代数表达式只有9项等。基于这些不足提出了构造S盒的改进方案。改进S盒的仿射变换对周期为16,迭代输出周期为256,而且S盒和逆S盒代数表达式项数均达到254项。将改进S盒与AES的S盒在平衡性、严格雪崩准则、非线性度、抗代数攻击阻力等10种代数性质上进行比较,实验结果表明改进S盒具有更好的性质。