基于GPU的大状态密码S盒差分性质评估方法

作     者：张润莲 张密 武小年 舒瑞 ZHANG Runlian;ZHANG Mi;WU Xiaonian;SHU Rui

作者机构：广西密码学与信息安全重点实验室(桂林电子科技大学)广西桂林541004 

出 版 物：《计算机应用》 (journal of Computer Applications)

年 卷 期：2024年第44卷第9期

页      面：2785-2790页

学科分类：0839[工学-网络空间安全] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(62062026) 广西重点研发计划项目(桂科AB23026131) 广西创新研究团队项目(2019GXNSFGA245004) 

主　　题：密码S盒 差分密码分析 差分均匀度 最大输出差分概率 GPU并行计算 

摘      要：大状态的密码S盒能够为对称密码算法提供更好的混淆性,但对大状态S盒的性质评估开销巨大。为高效评估大状态密码S盒的差分性质,提出基于GPU并行计算的大状态密码S盒差分性质评估方法。该方法基于现有的差分均匀度计算方法,针对16比特S盒的差分均匀度和32比特S盒的差分性质,分别设计GPU并行方案,通过优化GPU并行粒度和负载均衡提高了核函数和GPU的执行效率,并缩短了计算时间。测试结果表明,相较于CPU方法和GPU并行方法,所提方法大幅降低了大状态S盒差分性质评估的计算时间,提高了对大状态S盒差分性质的评估效率:对16比特S盒差分均匀度的计算时间为0.3 min;对32比特S盒的单个输入差分的最大输出差分概率计算时间约5 min,对它的差分性质计算时间约2.6 h。