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减轮Simeck算法的积分攻击

电子与信息学报 2019年第9期41卷 2156-2163页

作者：任炯炯李航陈少真战略支援部队信息工程大学郑州450001 数学工程与先进计算国家重点实验室郑州450001

该文对轻量级分组密码算法Simeck在积分攻击下的安全性进行了研究。通过向前解密扩展已有的积分区分器,构造了16轮Simeck48和20轮Simeck64算法的高阶积分区分器,并在新区分器的基础上,利用等价子密钥技术和部分和技术,结合中间相遇策略... 详细信息

该文对轻量级分组密码算法Simeck在积分攻击下的安全性进行了研究。通过向前解密扩展已有的积分区分器,构造了16轮Simeck48和20轮Simeck64算法的高阶积分区分器,并在新区分器的基础上,利用等价子密钥技术和部分和技术,结合中间相遇策略和密钥扩展算法的性质,实现了24轮Simeck48和29轮Simeck64算法的积分攻击。攻击24轮Simeck48的数据复杂度为2^46,时间复杂度为2^95,存储复杂度为2^82.52;攻击29轮Simeck64的数据复杂度为2^63,时间复杂度为2^127.3,存储复杂度为2^109.02。与Simeck算法已有积分攻击的结果相比,该文对Simeck48和Simeck64积分攻击的轮数分别提高了3轮和5轮。

关键词：密码分析轻量级分组密码积分攻击 Simeck算法

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具有最小异或数的最大距离可分矩阵的构造

电子与信息学报 2019年第10期41卷 2416-2422页

作者：陈少真张怡帆任炯炯解放军信息工程大学郑州450001 数学工程与先进计算国家重点实验室郑州450001

随着物联网等普适计算的发展,传感器、射频识别(RFID)标签等被广泛使用,这些微型设备的计算能力有限,传统的密码算法难以实现,需要硬件效率高的轻量级分组密码来支撑。最大距离可分(MDS)矩阵扩散性能最好,通常被用于构造分组密码扩散层... 详细信息

随着物联网等普适计算的发展,传感器、射频识别(RFID)标签等被广泛使用,这些微型设备的计算能力有限,传统的密码算法难以实现,需要硬件效率高的轻量级分组密码来支撑。最大距离可分(MDS)矩阵扩散性能最好,通常被用于构造分组密码扩散层,异或操作次数(XORs)是用来衡量扩散层硬件应用效率的一个指标。该文利用一种能更准确评估硬件效率的XORs计算方法,结合一种特殊结构的矩阵Toeplitz矩阵,构造XORs较少效率较高的MDS矩阵。利用Toeplitz矩阵的结构特点,改进矩阵元素的约束条件,降低矩阵搜索的计算复杂度,在有限域F28上得到了已知XORs最少的4×4MDS矩阵和6×6MDS矩阵,同时还得到XORs等于已知最优结果的5×5MDS矩阵。该文构造的具有最小XORs的MDS Toeplitz矩阵,对轻量级密码算法的设计具有现实意义。

关键词：分组密码轻量级扩散层最大距离可分矩阵异或数 Toeplitz矩阵

基于神经网络区分器的SIMON-like算法参数安全性评估

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网络与信息安全学报 2023年第2期9卷 154-163页

作者：侯泽洲任炯炯陈少真信息工程大学河南郑州450001 密码科学技术国家重点实验室北京100878

神经网络区分器作为一种新的可被应用于密码算法安全性分析的工具,一经提出便被应用于多种密码算法的安全性分析。对于SIMON-like算法,其循环移位参数的选择有多种。利用神经网络区分器对分组长度为32 bit的SIMON-like算法的循环移位参... 详细信息

神经网络区分器作为一种新的可被应用于密码算法安全性分析的工具,一经提出便被应用于多种密码算法的安全性分析。对于SIMON-like算法,其循环移位参数的选择有多种。利用神经网络区分器对分组长度为32 bit的SIMON-like算法的循环移位参数(a,b,c)的安全性进行了研究,并给出了好的循环移位参数选择。利用Kölbl等在CRYPTO2015中提出的SIMON-like算法仿射等价类思想,将分组长度为32 bit的SIMON-like算法的循环移位参数划分至509个等价类,并选择其中使gcd(a-b,2)=1成立的240个等价类进行研究。针对240个等价类的代表元构建了自动化搜索差分路径的SAT/SMT模型,并利用SAT/SMT求解器搜索了不同代表元的多轮最佳差分路径。利用搜索得到的最佳差分路径的输入差分训练了神经网络区分器,选择其中准确率最高的神经网络区分器作为代表元的神经网络区分器,统计了不同代表元的神经网络区分器准确率。发现Kölbl等给出的20个最佳循环参数并不能使神经网络区分器的准确率最低,而且其中4个循环移位参数对应的神经网络区分器的准确率超过了80%,这意味着这4个循环移位参数抗神经网络区分器的能力是差的。综合考虑Kölbl等的选择和不同代表元的神经网络区分器准确率,给出了3个好的循环移位参数选择,即(6,11,1)、(1,8,3)和(6,7,5)。

关键词： SIMON-like 仿射等价类神经网络区分器循环移位参数

改进的减轮MIBS-80密码的中间相遇攻击

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电子与信息学报 2022年第8期44卷 2914-2923页

作者：任炯炯侯泽洲李曼曼林东东陈少真战略支援部队信息工程大学郑州450001

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... 详细信息

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。

关键词：分组密码 MIBS算法中间相遇攻击截断差分差分枚举

基于深度学习的Vigenère密码变型算法的模拟与分析

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信息工程大学学报 2023年第2期24卷 215-223页

作者：林东东任炯炯陈少真信息工程大学河南郑州450001

以Vigenère密码为代表的古典密码算法仍活跃在云计算和在线短信服务等资源受限场景下,以保障信息的安全。近年来,深度学习技术在密码分析领域初现其独特的优势,而其分析机理还需进一步探索。利用深度学习的机器翻译技术,对Vigenère密... 详细信息

以Vigenère密码为代表的古典密码算法仍活跃在云计算和在线短信服务等资源受限场景下,以保障信息的安全。近年来,深度学习技术在密码分析领域初现其独特的优势,而其分析机理还需进一步探索。利用深度学习的机器翻译技术,对Vigenère密码变型算法进行了模拟与分析。首先,提出了一种适用于资源受限设备的改进的Vigenère密码变型算法,利用密文频率分布和重合指数验证了其安全性。其次,基于长短时记忆网络和门控循环单元网络实现了密钥长度达35位字符的Vigenère密码变型算法的模拟,并验证了神经网络模型加解密的高效性。进一步建立了密钥恢复模型,实现了Vigenère密码变型算法30位字符的密钥恢复。最后,给出了神经网络超参数的选择建议。

关键词：深度学习机器翻译 Vigenère密码长短时记忆网络门控循环单元网络

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基于特征分布函数的分组密码算法差异性分析

信息工程大学学报 2022年第3期23卷 359-365,372页

作者：夏锐琪任炯炯陈少真信息工程大学河南郑州450001

基于密文的密码体制识别是分组密码分析领域的重要研究方向之一,也是实际背景下展开密码分析的前提保证。建立高效准确的密码体制识别方案,能够为破译密文及恢复密钥提供正确的指导等。以机器学习方法中的特征工程和统计学中的特征分布... 详细信息

基于密文的密码体制识别是分组密码分析领域的重要研究方向之一,也是实际背景下展开密码分析的前提保证。建立高效准确的密码体制识别方案,能够为破译密文及恢复密钥提供正确的指导等。以机器学习方法中的特征工程和统计学中的特征分布函数相似度指标为手段和研究方法,证明了在随机情况下一种SPN结构与一种Feistel结构之间存在密文特征分布上的差异性,并加以应用。提出在一般随机条件下区分两种不同结构密码算法的依据与方法,即提取密文相关特征并拟合其分布函数及计算相似度指标的方法,解决了在随机密钥的条件下如何寻找两种不同结构类型密码算法的差异之处。将统计学方法与密码学问题结合起来,为解决随机密钥下唯密文加密算法识别问题提供新的思路。

关键词：分组密码密码识别特征分布函数相似度指标轻量级分组密码算法标准密码算法

基于MILP对SPECK32循环参数安全性探究

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信息工程大学学报 2020年第5期21卷 579-585页

作者：陈少真侯泽洲任炯炯信息工程大学河南郑州450001 密码科学技术国家重点实验室北京100878

近年来,基于MILP的搜索技术越来越多地应用到分组密码算法的差分路径的寻找过程中,且与以往的找寻差分路径的算法相比在时间复杂度、空间复杂度上有较为明显的优势。首先分析前人针对SPECK算法的MILP模型的构造,特别是对模加操作的MILP... 详细信息

近年来,基于MILP的搜索技术越来越多地应用到分组密码算法的差分路径的寻找过程中,且与以往的找寻差分路径的算法相比在时间复杂度、空间复杂度上有较为明显的优势。首先分析前人针对SPECK算法的MILP模型的构造,特别是对模加操作的MILP模型的构造并对其进行说明。而后修改SPECK32算法循环移位参数并基于MILP技术进行了低轮数自动化搜索差分路径的实验,并以差分概率为衡量标准来推断抗低轮数差分攻击的最佳循环参数对。最后,对循环参数对对减轮SPECK32安全性的影响进行了分析与总结。

关键词：轻量级分组密码 SPECK 差分特征 MILP

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格上前向安全的环签名方案

信息工程大学学报 2016年第1期17卷 93-96页

作者：王庆滨陈少真任炯炯信息工程大学河南郑州450001

环签名可以使用户以完全匿名方式对消息进行签名。用户私钥的安全性是公钥密码体制安全的基础。一旦用户私钥信息发生泄漏,公钥密码体制的安全性将受到严重威胁。目前的前向安全环方案都是基于大整数分解和离散对数问题的,其在量子计算... 详细信息

环签名可以使用户以完全匿名方式对消息进行签名。用户私钥的安全性是公钥密码体制安全的基础。一旦用户私钥信息发生泄漏,公钥密码体制的安全性将受到严重威胁。目前的前向安全环方案都是基于大整数分解和离散对数问题的,其在量子计算环境下都不安全。为了应对量子计算机的威胁和减少环签名体制中私钥泄露带来的危害,构造了一个格上前向安全的环签名方案;基于格上的小整数解问题,在随机预言模型下证明了方案的安全性。

关键词：环签名前向安全格小整数解问题

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减轮CHAM算法的不可能差分分析

信息工程大学学报 2020年第5期21卷 586-592页

作者：付志新任炯炯陈少真信息工程大学河南郑州450001 密码科学技术国家重点实验室北京100878

CHAM算法是在ICISC 2017上提出的一个ARX型轻量级分组密码算法族,主要研究利用不可能差分分析方法对其进行安全性分析。首先,利用线性不等式组对算法轮函数每个组件的差分传播规律进行等价刻画,建立了基于MILP的不可能差分自动化搜索模... 详细信息

CHAM算法是在ICISC 2017上提出的一个ARX型轻量级分组密码算法族,主要研究利用不可能差分分析方法对其进行安全性分析。首先,利用线性不等式组对算法轮函数每个组件的差分传播规律进行等价刻画,建立了基于MILP的不可能差分自动化搜索模型。其次,基于搜索模型,遍历特定的输入输出差分集合,搜索得到CHAM-64的4条19轮以及CHAM-128的1条18轮不可能差分区分器,均为目前公开发表的最长轮同类型区分器。最后,利用搜索得到的区分器,首次提出了27轮CHAM-64/128以及27轮CHAM-128/256的密钥恢复攻击。考虑到这两个算法的迭代轮数分别为80轮和96轮,说明CHAM算法在抵抗不可能差分分析方面留有足够的安全边界。

关键词：轻量级分组密码算法 CHAM算法 MILP 不可能差分分析