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唯密文场景下的分组密码算法识别方法

通信技术 2024年第2期57卷 188-192页

作者：张运理石元兵明爽籍帅苏攀西中电科网络安全科技股份有限公司四川成都610095 可信云计算与大数据四川省重点实验室四川成都610095

唯密文场景下的分组密码算法识别方法研究,旨在探讨在仅知道密文的情况下,如何有效地识别出所使用的分组密码算法,这一问题的研究对于提高加密系统的安全性具有重要意义。通过对随机序列随机性检测方法的研究,基于集成学习模型构建了识... 详细信息

唯密文场景下的分组密码算法识别方法研究,旨在探讨在仅知道密文的情况下,如何有效地识别出所使用的分组密码算法,这一问题的研究对于提高加密系统的安全性具有重要意义。通过对随机序列随机性检测方法的研究,基于集成学习模型构建了识别模型,实现了唯密文场景下的分组密码算法识别技术,可以有效提取密文数据特征,经实验验证,识别效果优于现有方法。

关键词：分组密码算法密码算法识别特征提取集成学习

改进的广义Feistel结构轻量级分组密码算法

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控制理论与应用 2022年第6期39卷 995-1001页

作者：张晓枫刘永桂华南理工大学自动化科学与工程学院广东广州510641

随着复杂环境信息物理系统的更加开放,数据的安全传输问题备受关注.轻量级分组密码算法是保证信息物理系统数据安全传输的重要方法之一,但其仍存在软件实现速率低、硬件实现复杂和灵活性缺乏等问题.针对上述问题,提出了一种基于四分支... 详细信息

随着复杂环境信息物理系统的更加开放,数据的安全传输问题备受关注.轻量级分组密码算法是保证信息物理系统数据安全传输的重要方法之一,但其仍存在软件实现速率低、硬件实现复杂和灵活性缺乏等问题.针对上述问题,提出了一种基于四分支的广义Feistel结构的高性能轻量级分组密码算法.相较于传统的广义Feistel结构算法,该算法进行了以下优化:1)采用由模加、循环位移和异或3种操作组合成的ARX(modular addition,rotation and XOR)结构替换传统广义Feistel结构中的S盒(非线性替换层)和P盒(线性置换层),简化了算法的轮函数结构;2)增加非对称双子密钥以处理每轮加密的明文中间状态,使得中间状态不存在未处理的分支,提高了算法的安全性;3)设计了可扩展的轮常数加模块,提高了算法的灵活性;4)分支中增加混淆扩散结构f_(x),加快了算法的混淆和扩散速度;5)灵活设计了6个版本的轻量级分组密码算法,以适应不同位数的CPU平台.实验和分析表明,该算法实现效率高,具有良好的混淆和扩散能力,以及较高的安全性.

关键词：分组密码算法广义Feistel结构 ARX结构

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分组密码算法扩散特性的一种统计分析

通信学报 2002年第10期23卷 122-128页

作者：朱明富张宝东吕述望中国科学技术大学研究生院信息安全国家重点实验室北京100039

针对已有的分组密码扩散特性的依赖性测试方法,分析了其中各统计量的概率分布,使这种统计分析方法有了较完整的理论基础。指出了NESSIE用该方法评价AES决赛算法的不足。给出了运用该统计分析方法对分组密码算法做依赖性测试时抽取样本... 详细信息

针对已有的分组密码扩散特性的依赖性测试方法,分析了其中各统计量的概率分布,使这种统计分析方法有了较完整的理论基础。指出了NESSIE用该方法评价AES决赛算法的不足。给出了运用该统计分析方法对分组密码算法做依赖性测试时抽取样本容量的下界。

关键词：分组密码算法扩散特性统计分析完全性雪崩效应严格雪崩准则概率分布统计量

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带延迟的分组密码算法密钥结合模式设计

电子科技大学学报 2007年第3期36卷 649-651页

作者：罗岚瞿泽辉周世杰张凤荔秦志光魏正耀电子科技大学计算机科学与技术学院成都610054

提出了一种分组密码算法的延迟结合模式,进行了基于信息论原则的安全性证明,并对加入延迟后的密钥执行效率进行了评估。对于算法公开的分组密码,使用密钥延迟技术加强密码体制本身的强度,弱化种子密钥通过互联网公开分发造成的信息泄漏... 详细信息

提出了一种分组密码算法的延迟结合模式,进行了基于信息论原则的安全性证明,并对加入延迟后的密钥执行效率进行了评估。对于算法公开的分组密码,使用密钥延迟技术加强密码体制本身的强度,弱化种子密钥通过互联网公开分发造成的信息泄漏,特别可以有效阻止中间人唯密文进行的算法还原攻击。

关键词：分组密码算法比特延迟密钥结合模式

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面向分组密码算法的高面积效率可重构架构

东南大学学报（自然科学版） 2016年第5期46卷 939-944页

作者：杨锦江曹鹏杨军东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心南京210096

为了提升安全应用中分组密码算法的面积效率,提出了一种基于粗粒度可重构计算的硬件架构.在可重构架构设计过程中采用了2种优化方案,即利用Benes网络优化可重构计算阵列的层间互联和基于配置信息的使用频度优化配置信息的组织方式.实验... 详细信息

为了提升安全应用中分组密码算法的面积效率,提出了一种基于粗粒度可重构计算的硬件架构.在可重构架构设计过程中采用了2种优化方案,即利用Benes网络优化可重构计算阵列的层间互联和基于配置信息的使用频度优化配置信息的组织方式.实验结果表明:采用基于Benes网络的层间互联方案后,可重构阵列中层间互联的面积开销减少了51.61%;采用基于使用频度的配置信息层次化组织方式后,AES分组密码算法和DES分组密码算法的配置时间分别缩短了80%和88%,配置时间占总时间的百分数分别下降了42%和39%.这2种分组密码算法在该可重构架构上实现的面积效率为同类架构的3.95和1.51倍.因此,所提的2种优化方案能够有效降低面积开销,提高可重构架构的性能,有助于分组密码算法高面积效率的实现.

关键词：分组密码算法粗粒度可重构架构层次化配置面积效率

基于分组密码算法的网络传输数据信息加密方法研究

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信息与电脑 2022年第17期34卷 210-212页

作者：杨娜商丘工学院基础教学部河南商丘476000

为保证数据通信与传输的安全性,研究了基于分组密码算法的网络传输数据信息加密方法。通过预处理网络传输数据信息,生成数据传输伪代码,保障安全稳定地传输与加密网络数据信息。选择市场内某大型互联网企业作为参与单位,将基于环形拓扑... 详细信息

为保证数据通信与传输的安全性,研究了基于分组密码算法的网络传输数据信息加密方法。通过预处理网络传输数据信息,生成数据传输伪代码,保障安全稳定地传输与加密网络数据信息。选择市场内某大型互联网企业作为参与单位,将基于环形拓扑结构的网络传输数据信息加密方法作为传统方法与设计方法进行对比。实验结果证明,此次设计的方法在实际应用中可保证传输通信信道的安全性始终处于一个较高水平,能够保障数据传输与数据交互的安全性。

关键词：分组密码算法网络传输加密方法伪代码

分组密码算法能量与错误分析攻击及其防御对策研究

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分组密码算法能量与错误分析攻击及其防御对策研究

作者：陈曼山东大学

学位级别：硕士

个人计算机的迅速普及和电子商务等的快速发展,使得人们对安全通信的需求不断增强,密码产品在日常生活中的应用日趋广泛。密码产品包括几个重要组成部分：密码算法、协议、用户、硬件电路、软件代码。传统的密码分析偏重于对密码算法、... 详细信息

个人计算机的迅速普及和电子商务等的快速发展,使得人们对安全通信的需求不断增强,密码产品在日常生活中的应用日趋广泛。密码产品包括几个重要组成部分：密码算法、协议、用户、硬件电路、软件代码。传统的密码分析偏重于对密码算法、协议中数学问题及用户欺骗性行为的研究。而Paul Kocher开创性的工作则为密码分析开辟了一个新的方向—侧信道分析。侧信道分析主要研究密码设备运行状态时的一些物理特征及出错信息,它更注重于对实现密码算法的硬件电路和软件代码的研究。能量分析攻击和错误攻击是侧信道分析中最有效的攻击方法。能量分析攻击利用了密码设备运行时的能量消耗,通过示波器采集到这些能量消耗后,人们可以使用差分分析、模板攻击、碰撞攻击等方法对密码设备进行破解。错误攻击的一个分支研究已知密码设备运行错误时如何对其进行破解。Li等人提出了错误敏感攻击：不同的数据计算所需的时间(错误敏感信息)不同,给定一个时钟时,就会出现一部分数据运行正确而另一部分数据运行错误的情况,根据密码设备运行结果是否正确,可以判定密钥的可能值。错误攻击另一个分支则关注错误注入技术,它是对电路进行扰动使其产生错误的方法。能量分析攻击中最耗时的部分是能量消耗波形的采集;错误敏感攻击最耗时的部分是错误敏感信息的获取。相比于公钥密码系统来说,私钥密码系统需要的计算资源、存储资源少。公钥密码系统一般用来分发密钥,而实际完成加密操作的一般都是私钥密码系统。密码设备,如网银盾、手机卡等,一般都会使用私钥密码系统。论文着重研究侧信道技术对私钥密码系统AES算法的攻击能力并提出相应的防御对策,完成了以下工作： 1、相关系数能量分析攻击中人们采集大量能量消耗波形,考查密码算法运行中间值与波形某一点处的相关性来恢复密钥信息。波形采集需要消耗大量的时间。我们提出2D-CPA的方法,通过充分利用采集到的波形中的有效信息,而不是只关注某一点能量泄露的方法来减少对能量消耗波形的需要。对8051上用汇编语言实现的AES算法的攻击,说明我们的攻击是高效的。此外,我们分析了各种防御对策对抗2D-CPA方法的有效性,给出了合理的防御方案。 2、对硬件描述语言实现方案,本文首先提出了时序仿真获取错误敏感信息的方法。这个过程是软件自动运行的,不需要人工参与,所需时间可以忽略不计。然后,我们提出了一个基于时钟控制的毛刺时钟生成方案,用来对密码设备进行时钟错误注入。联合使用时序仿真得到的错误敏感信息和毛刺时钟生成方案进行错误注入,我们对硬件实现的掩码AES算法进行攻击。仅需1Ous,我们就能检测出被重用的掩码S盒电路两次输入中间值是否相同。针对上述攻击方法,我们提出了四种防御对策：一、基于随机延迟的逻辑电路;二、各支路对称的逻辑电路;三、掩码非重用;四、毛刺时钟检测电路。

关键词：侧信道分析分组密码算法 2D-CPA 时序仿真时钟毛刺防御对策

分组密码算法的Linear Hull的研究

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分组密码算法的Linear Hull的研究

作者：戴振利山东大学

学位级别：硕士

分组密码是一个最基本的对称密码体制,广泛应用于其它密码领域。目前攻击分组密码最常用和实用的方法主要有差分分析和线性分析,而且抵抗差分分析和线性分析已经成为现代分组密码设计的安全要求。线性分析本质上是一种已知明文攻击方法... 详细信息

分组密码是一个最基本的对称密码体制,广泛应用于其它密码领域。目前攻击分组密码最常用和实用的方法主要有差分分析和线性分析,而且抵抗差分分析和线性分析已经成为现代分组密码设计的安全要求。线性分析本质上是一种已知明文攻击方法,最早由Matsui在1993年提出,它的基本思想是通过寻找一个给定密码算法的有效的线性近似表达式来恢复部分密钥比特。线性近似表达式与算法的部分输入比特(即输入掩码)、部分输出比特(即输出掩码)和部分密钥比特(即密钥掩码)有关,“有效”是要求线性近似表达式成立的概率p≠1／2。此后相继演化出了一系列的线性分析方法的变种：密钥掩码相同的多线性分析、多线性分析、基于LinearHull的线性分析等等。密钥掩码相同的多线性分析是Kaliski等人在1994年提出的,多个线性近似表达式的使用降低了给定成功率下攻击算法所需的已知明文量,但是该方法要求所用线性近似表达式的密钥掩码相同,这无形中限制了可用线性近似表达式的个数。Linear Hull则是一个所有输入掩码和输出掩码相同而密钥掩码不同的线性近似表达式(这里我们称为线性路径)的集合,由K.Nyberg在1994年首先提出。Nyberg指出Linear Hull总体偏差的平方等于所有线性路径偏差的平方和,基于Linear Hull的线性分析比先前的方法更为有效,并称之为Linear Hull Effect。然而,2009年Murphy否定了Nyberg的理论,认为Linear Hull的总体偏差是由算法的扩展密钥和每条线性路径的偏差共同决定的,线性分析中不存在Linear Hull Effect。同年,K. Ohkuma却指出在PRESENT算法中存在32%的弱密钥仍可利用Linear Hull进行攻击,即存在基于弱密钥的攻击。此结论是在线性路径相互独立的条件下得到的。一般来说线性路径间是相关的,因此,现有的独立性假设下的模型是不准确的。那么,如何建立一个更为准确的弱密钥下的线性分析模型呢? 本文的主要工作就是在线性路径相关的条件下,建立弱密钥下基于Linear Hull的线性分析模型,重点完成以下工作： 1.给出线性路径相关时Linear Hull总体偏差的计算方法;2.给出线性路径相关时计算Linear Hull的弱密钥比例的新方法;3.以PRESENT算法为例,用新方法计算7—13轮Linear Hull的弱密钥比例,并与Ohkuma的模型下的计算结果进行比较。此外,还将7轮的结果与对实际算法随机检测的结果进行了对比。对Linear Hull而言,线性路径的相关也就是等价密钥比特的相关。本文中我们采用将无关的等价密钥比特分类的思想来得出Linear Hull的偏差和弱密钥比例的计算方法。主要思想如下： 1.我们找出所有相互独立的等价密钥比特(称为无关项),其它的与无关项存在依赖关系的等价密钥比特称为相关项。 2.分类研究R个无关项在L-R个相关项中的分布情况。我们将无关项按其取值为0还是1分成两组,设取值为0的无关项个数为s(1≤s≤R)个,那么当且仅当相关项中出现这s个无关项中的奇数个时,该相关项的取值为0。设相关项的表达式中含有j(0≤j≤s)个0值无关项,为了得到统一的计算公式,我们再根据j值的不同将所有相关项分组。 3.实际上我们是将等价密钥取值按偏差做了分类,再根据弱密钥的定义即可快速计算出弱密钥比例。本文中的模型的计算量会随着线性路径个数的增加而增大,为了降低计算复杂度,本文在整个等价密钥空间中采用随机检测方法来计算弱密钥比例,并用此法计算了PRESENT算法7—13轮Linear Hull的弱密钥比例。其中,7轮LinearHull存在72条线性路径,且无关项个数为45,Ohkuma的模型下的弱密钥比例为28.88%,由真实的相关路径(也就是我们的模型)计算得到的弱密钥比例为28.13%,则弱密钥比例的下降率为0.2888-0.2813／0.2888≈2.60%。13轮Linear Hull存在24255条线性路径,无关项个数为153,Ohkuma的模型下的弱密钥比例为29.60%,我们的模型下的弱密钥比例为25.15%,此时弱密钥比例的下降率为0.2960-0.2515／0.2960≈15.03%。详细结果见表5.2。我们的模型目前只能用于分析较低轮的分组密码算法。当Linear Hull的轮数较高时,线性路径的个数会非常多,由于计算量的限制使分析变得困难。但是,我们仍然可以通过对低轮算法的分析,得出规律性的结论：线性路径间存在相关性时的弱密钥比例要低于线性路径相互独立时的比例,而且相关性越严重,弱密钥比例下降越明显。Ohkuma利用基于弱密钥的线性分析攻击了24轮的PRESENT算法,本文的结论说明,在线性路径的相关性下24轮的PRESENT算法的弱密钥比例要远小于32%。

关键词：分组密码算法线性分析 Linear Hull 线性路径的相关性弱密钥比例

基于超混沌序列改进分组密码算法的无线传感网络通信数据加密方法

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电气自动化 2023年第5期45卷 78-80页

作者：李根齐得昱广东工商职业技术大学人工智能与大数据学院广东肇庆526020 华南理工大学计算机系统研究所广东广州510641

为保障无线传感网络通信数据安全、提升无线传感网络抗攻击性,研究了基于超混沌序列改进分组密码算法的无线传感网络通信数据加密方法。基于二维离散超混沌序列生成二进制密钥流,进行非线性变换得到二进制流,利用二进制密钥流完成无线... 详细信息

为保障无线传感网络通信数据安全、提升无线传感网络抗攻击性,研究了基于超混沌序列改进分组密码算法的无线传感网络通信数据加密方法。基于二维离散超混沌序列生成二进制密钥流,进行非线性变换得到二进制流,利用二进制密钥流完成无线传感网络通信数据加密。将超混沌序列生成的密钥流作为IDEA分组密码算法的初始密钥,改进IDEA分组密码算法,输出各组无线传感网络通信数据密文。试验结果表明,加密后不同字符ASCII统计概率为0.0039左右,说明所提方法所生成的密文中字符平衡性较好,可有效实现无线传感网络通信数据加密目的,并能成功抵抗字符频率统计与信息熵等不同类型攻击。

关键词：超混沌序列分组密码算法无线传感网络通信数据加密非线性变换