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基于VLAN的超晶格密钥分发跨网实现

信息网络安全 2022年第4期 49-57页

作者：王子恒吴涵解建国陈小明北京电子科技学院北京100070 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所苏州215000

超晶格密钥分发系统作为基于物理实体密钥分发的新技术,可由超晶格物理器件的混沌效应产生密钥,并通过器件的物理不可克隆性保障密钥分发过程的安全性,发展前景广阔。为解决超晶格密钥分发系统在实时密钥分发过程中无法异地组网的问题,... 详细信息

超晶格密钥分发系统作为基于物理实体密钥分发的新技术,可由超晶格物理器件的混沌效应产生密钥,并通过器件的物理不可克隆性保障密钥分发过程的安全性,发展前景广阔。为解决超晶格密钥分发系统在实时密钥分发过程中无法异地组网的问题,文章对虚拟局域网(VLAN)和虚拟扩展局域网(VXLAN)进行研究。在超晶格密钥分发系统中利用SDN架构下的VXLAN技术,从逻辑上为通信双方划分新网络,实现不同局域网下通信双方可在不依赖公网IP、域名的前提下进行跨网络的实时密钥分发,解决了异地密钥分发无法跨网的局限性。

关键词：超晶格密钥分发物理实体虚拟局域网 SDN架构

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SM2专用指令协处理器设计与实现

计算机工程与应用 2022年第2期58卷 102-109页

作者：王腾飞张海峰许森上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 北京智芯微电子科技有限公司北京100192 观源(上海)科技有限公司上海200241

国家商用密码算法SM2是基于椭圆曲线密码学(ECC)而制定的公钥密码协议,已被国际标准化组织(ISO)确立为国际标准。在实际应用中,SM2算法计算过程的复杂性使其面临实现效率低的问题,并且在实现过程中还会出现与密钥相关的侧信道信息泄露... 详细信息

国家商用密码算法SM2是基于椭圆曲线密码学(ECC)而制定的公钥密码协议,已被国际标准化组织(ISO)确立为国际标准。在实际应用中,SM2算法计算过程的复杂性使其面临实现效率低的问题,并且在实现过程中还会出现与密钥相关的侧信道信息泄露。为了解决上述问题,设计了一种适用于SM2的专用指令硬件协处理器。协处理器包含接口逻辑、取指单元、译码单元、执行单元、程序存储单元和数据存储单元,借鉴通用CPU的流水线技术,将指令的实现过程分为取指、译码、执行、写回四级流水,以提高计算效率。经过在Xilinx ZYNQ-7 FPGA上的实验验证,协处理器可以通过自动执行程序存储单元中的指令序列正确实现SM2加密、解密、签名、验签的计算过程,计算一次标量乘的时间约为2.25 ms,共占用7146个Slice,其指令序列还可以按照软件实现方式进一步优化,说明协处理器具有速度快、面积小、灵活性高的特点。经过理论分析,协处理器可以实现常时的指令序列,具有一定的抵御侧信道攻击的安全性。

关键词： SM2算法专用指令协处理器流水线技术现场可编程门阵列(FPGA)

一种在基于格的加密方案中搜索解密失败密文的方法

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密码学报 2022年第5期9卷 834-850页

作者：陈昱帆陈辉焱张珍张亚峰北京电子科技学院北京100070

基于格的加密方案中的解密失败密文可以用于恢复私钥, D’Anvers先后提出了两种在基于格的加密方案中搜索解密失败密文的方法,并将其分别命名为“failure boosting”与“directional failure boosting”.本文中指出了“directional fail... 详细信息

基于格的加密方案中的解密失败密文可以用于恢复私钥, D’Anvers先后提出了两种在基于格的加密方案中搜索解密失败密文的方法,并将其分别命名为“failure boosting”与“directional failure boosting”.本文中指出了“directional failure boosting”中的一个不合理的假设,同时提出了一种新的搜索解密失败密文的方法作为“directional failure boosting”的改进.本文中将解密查询次数以及解密失败密文的个数当作有效信息,从其中提取出私钥的信息,并用于改进“directional failure boosting”,最终使获得一个解密失败密文所需的解密查询次数与计算开销分别降低至97%和98.4%.

关键词：基于格的密码解密失败公钥加密密码分析

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AES和PRINCE的6轮混合差分攻击

密码学报 2022年第4期9卷 755-766页

作者：谭林闫雪萍戚文峰战略支援部队信息工程大学郑州450001

AES是目前使用最广泛的分组密码,PRINCE是一个具有AES相似结构的低时延轻量级密码算法.混合差分分析是Grassi提出的针对AES的一种新型密码分析技术.目前,AES最好的5轮、6轮区分攻击和5轮密钥恢复攻击都与混合差分技术有很大关系.在2018... 详细信息

AES是目前使用最广泛的分组密码,PRINCE是一个具有AES相似结构的低时延轻量级密码算法.混合差分分析是Grassi提出的针对AES的一种新型密码分析技术.目前,AES最好的5轮、6轮区分攻击和5轮密钥恢复攻击都与混合差分技术有很大关系.在2018年美密会和2020年Journal of Cryptology上,Bar-On等给出了具有实际数据和存储复杂度的6轮AES-128的混合差分密钥恢复攻击,时间复杂度为2^(73).本文通过对密文差分增设条件限制来提高混合差分攻击中Good Pair出现的概率,以适当提升数据和存储复杂度为代价,改进了6轮AES-128混合差分攻击的时间复杂度,使得总复杂度为2_(62:62).此外,本文将改进的6轮混合差分攻击应用于PRINCE和PRINCE_(core),给出了总复杂度分别为2_(30:66)和2^(22)的密钥恢复攻击,其中6轮PRINCE_(core)的攻击结果优于积分攻击和差分攻击.

关键词： AES PRINCE 混合结构混合差分分析

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对一种白盒SM4方案的差分计算分析

软件学报 2023年第8期34卷 3891-3904页

作者：原梓清陈杰综合业务网理论及关键技术国家重点实验室(西安电子科技大学) 陕西西安710071 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

传统密码算法的安全性建立在黑盒攻击模型下.在这种攻击模型下,攻击者只能获取密码算法的输入输出,而无法得知密码算法运行时的内部细节.近年来白盒攻击模型的概念被提出.在白盒攻击模型下,攻击者既可以获取密码算法的输入输出,也可以... 详细信息

传统密码算法的安全性建立在黑盒攻击模型下.在这种攻击模型下,攻击者只能获取密码算法的输入输出,而无法得知密码算法运行时的内部细节.近年来白盒攻击模型的概念被提出.在白盒攻击模型下,攻击者既可以获取密码算法的输入输出,也可以直接观测或更改密码算法运行时的内部数据.为保证已有密码算法在白盒攻击环境下的安全性,在不改变其功能的基础上通过白盒密码技术对其进行重新设计被称为已有密码算法的白盒实现.研究白盒实现方案的设计与分析对于解决数字版权管理问题具有重要意义.近年来,出现了一类针对白盒实现方案的旁信道分析方法.这类分析手段只需要知道很少白盒实现方案的内部细节,却可以提取到密钥,因此是一类对现有白盒实现方案具有实际威胁的分析手段.对现有白盒实现方案进行此类分析对于确保方案安全性具有重要现实意义.此类分析方法中的典型代表是基于差分功耗分析原理的差分计算分析.基于差分计算分析,对白-武白盒SM4方案进行了安全性分析.基于对GF(2)上n阶均匀随机可逆矩阵统计特征的研究结果,提出了一种改进型差分计算分析(IDCA),可以在分析成功率几乎不变的前提下显著提升分析效率.结果表明,白-武白盒SM4方案在面对差分计算分析时不能保证安全性,必须对其进行进一步改进使之满足实际应用场景下的安全性需求.

关键词：白盒密码白盒实现 SM4算法旁信道分析差分计算分析

ACT、TED算法基于MILP搜索的积分分析

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小型微型计算机系统 2022年第9期43卷 1976-1983页

作者：熊家琪袁征魏锦鹏刘宗甫朱亮北京电子科技学院密码与科学技术系北京100070 西安电子科技大学通信工程学院西安710071

ACT和TED算法是近年来相继被提出的,分别基于SPN结构和Feistel结构而设计的两种轻量级分组密码算法.本文根据这两种算法不同的结构特性,分别构建了相关的基于比特可分性的MILP模型,并调用求解工具Gurobi对MILP模型进行求解.实验结果表明... 详细信息

ACT和TED算法是近年来相继被提出的,分别基于SPN结构和Feistel结构而设计的两种轻量级分组密码算法.本文根据这两种算法不同的结构特性,分别构建了相关的基于比特可分性的MILP模型,并调用求解工具Gurobi对MILP模型进行求解.实验结果表明:ACT和TED算法都存在8、9、10轮积分区分器,另外TED算法还存在7轮积分区分器.根据所搜索到的积分区分器,实现了两种算法的11轮密钥恢复攻击方案.利用ACT算法的9轮积分区分器向后扩展2轮进行11轮的密钥恢复攻击时,攻击数据复杂度为2^(36.39),时间复杂度为2^(36.39)次11轮加密,存储复杂度为2^(20).利用TED算法的8轮积分区分器向后扩展3轮进行11轮的密钥恢复攻击时,数据复杂度为2^(60.81),时间复杂度为2^(109.54)次11轮加密,存储复杂度为2^(59).

关键词：轻量级分组密码算法 ACT TED 可分性积分分析 MILP(混合线性整数规划)

轻量级分组密码算法PFP和SLIM的积分分析

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密码学报 2023年第3期10卷 609-621页

作者：刘道瞳袁征魏锦鹏姜天宇北京电子科技学院北京100070 中国星网网络系统研究院有限公司北京100029 先进密码技术与系统安全四川省重点实验室成都610225

PFP算法和SLIM算法都是基于Feistel结构而设计的轻量级分组密码算法,在软件及硬件上都具有良好的性能,特别适用于资源受限的环境,目前没有对两个算法进行积分分析的相关研究.本文通过分析PFP算法和SLIM算法的结构特点,结合比特可分性的... 详细信息

PFP算法和SLIM算法都是基于Feistel结构而设计的轻量级分组密码算法,在软件及硬件上都具有良好的性能,特别适用于资源受限的环境,目前没有对两个算法进行积分分析的相关研究.本文通过分析PFP算法和SLIM算法的结构特点,结合比特可分性的自动化搜索方法,构建了混合整数线性规划(MILP)模型,通过使用Gurobi优化器求解该模型判断是否存在r轮积分区分器,选用搜索得到的积分区分器对算法进行密钥恢复攻击.首次得到PFP算法的11轮积分区分器,选用搜索得到的10轮积分区分器向后扩展2轮进行12轮密钥恢复攻击,数据复杂度为262.39个选择明文,时间复杂度为2^(63.12)次12轮加密,存储复杂度为2^(40);首次得到SLIM算法的10轮积分区分器,选择9轮积分区分器进行12轮密钥恢复攻击,数据复杂度为231.81个选择明文,时间复杂度为262.42次12轮加密,存储复杂度为2^(40).

关键词： PFP算法 SLIM算法积分分析比特可分性积分区分器混合整数线性规划

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对称可搜索加密技术研究进展

电子与信息学报 2020年第10期42卷 2374-2385页

作者：王贇玲陈晓峰西安电子科技大学网络与信息安全学院西安710071

云计算作为一种新型计算模式,具有海量资源、动态扩展、按需分配等特点。资源受限的用户可以将计算任务外包给云服务器,在享受高质量数据服务的同时大大降低了本地管理开销。然而,数据外包导致数据所有权与管理权分离,如何保证数据的安... 详细信息

云计算作为一种新型计算模式,具有海量资源、动态扩展、按需分配等特点。资源受限的用户可以将计算任务外包给云服务器,在享受高质量数据服务的同时大大降低了本地管理开销。然而,数据外包导致数据所有权与管理权分离,如何保证数据的安全性成为云计算中亟待解决的关键问题。传统的加密技术虽然可以保证数据的机密性,但是在密文中如何执行有意义的检索操作成为一个巨大的挑战。为了保证数据机密性的同时实现密文数据的高效检索,可搜索加密技术应运而生。近年来,可搜索加密方案的设计日趋多样化,旨在提高方案的实用性。该文主要围绕目前可搜索加密方案的研究热点,从4个方面展开阐述,具体包括:单关键词检索、多模式检索、前/后向安全检索和可验证检索。该文主要介绍和分析具有代表性的研究成果,总结最新研究进展及提炼关键技术难点,最后对未来的研究方向进行展望。

关键词：密文检索单关键词检索多模式检索前/后向安全检索可验证检索

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Beaver三元组主动性生成协议研究

信息网络安全 2022年第12期22卷 16-24页

作者：吕克伟陈驰中国科学院信息工程研究所信息安全国家重点实验室北京100093 中国科学院大学网络空间安全学院北京100049

在安全多方计算中,Beaver三元组是实现加法和乘法有效安全计算的基本技术之一,其可以将协议轮数降低至参与方个数的多项式大小。文章对移动敌手模型下Beaver三元组的安全生成协议开展研究,提出抵御半诚实移动敌手攻击的安全协议。首先,... 详细信息

在安全多方计算中,Beaver三元组是实现加法和乘法有效安全计算的基本技术之一,其可以将协议轮数降低至参与方个数的多项式大小。文章对移动敌手模型下Beaver三元组的安全生成协议开展研究,提出抵御半诚实移动敌手攻击的安全协议。首先,文章利用Paillier公钥系统设计了计算安全的有效两方主动性Beaver三元组生成协议,协议轮数为分享片段更新次数的2倍,每轮通信复杂度为3个Paillier密文;然后利用Shamir秘密分享等初等密码工具设计出信息论安全的有效n方Beaver三元组主动性生成协议,其中n≥3,协议发送元素总数至多为6nκ+6n个,执行轮数不多于2κ+2,其中κ为分享片段更新次数,且敌手控制参与方数不超过n-2。最后,针对恶意敌手文章给出协议设计思路。

关键词：安全的多方计算 Beaver三元组 Shamir秘密分享移动敌手主动性秘密分享