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一种基于完全性的不可能差分区分器构造方法

电子与信息学报 2018年第2期40卷 430-437页

作者：李俊志关杰信息工程大学电子技术学院郑州450001

基于混合运算的密码算法(MOC)以安全性高、软硬件实现效率高等特点受到人们的广泛关注。完全性指输出的每一比特都包含有输入每一比特的信息,达到完全性是密码算法设计的一个基本原则。该文提出针对MOC算法完全性分析的通用算法,并在此... 详细信息

基于混合运算的密码算法(MOC)以安全性高、软硬件实现效率高等特点受到人们的广泛关注。完全性指输出的每一比特都包含有输入每一比特的信息,达到完全性是密码算法设计的一个基本原则。该文提出针对MOC算法完全性分析的通用算法,并在此基础上提出利用完全性寻找MOC算法的不可能差分区分器的方法,此构造方法可直接给出MOC算法高重量的不可能差分区分器且搜索效率高,为MOC算法不可能差分区分器的实际构造提供了理论指导和技术支持。应用此方法找到了SIMON系列算法全部现有的最长不可能差分区分器,并找到了SPECK系列算法更多的不可能差分区分器。

关键词：基于混合运算密码算法不可能差分区分器完全性 SIMON SPECK

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TASS1算法的不可能差分区分器搜索

密码学报 2020年第6期7卷 875-885页

作者：李艳俊林昊孙莹梁萌北京电子科技学院北京100070 密码科学技术国家重点实验室北京100878

TASS1是2019年全国密码算法设计竞赛的参赛分组密码算法之一,支持128比特和256比特两种明文分组长度.该算法基于广义Feistel结构设计,其特色是非线性部件采用了密化随机池.本文主要对TASS1算法进行差分类安全性分析,通过对差分比特单元... 详细信息

TASS1是2019年全国密码算法设计竞赛的参赛分组密码算法之一,支持128比特和256比特两种明文分组长度.该算法基于广义Feistel结构设计,其特色是非线性部件采用了密化随机池.本文主要对TASS1算法进行差分类安全性分析,通过对差分比特单元建立大规模线性方程组,证明存在分组长度128版本的19步概率为1的差分特征,由此特征可以构造40步不可能差分区分器;对于分组长度为256比特的版本,证明存在40步概率为1的差分特征,由此特征可以构造82步(全轮为49步)不可能差分区分器.

关键词： TASS1算法差分特征不可能差分区分器

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典型密码结构的不可能差分区分器研究

网络安全与数据治理 2022年第9期41卷 40-47页

作者：刘健毕鑫杰李艳俊金达中国电子科技集团公司第十五研究所信息产业信息安全测评中心北京100083 北京电子科技学院密码科学与技术系北京100070

20世纪40年代Shannon提出了对称密码设计的两个重要原则“混淆”和“扩散”,之后密码学者们基于这两个原则构造了Feistel、SP、广义Feistel、MISTY等主要整体结构,目前这些结构被广泛运用于各种标准密码算法和新型认证加密算法。对这几... 详细信息

20世纪40年代Shannon提出了对称密码设计的两个重要原则“混淆”和“扩散”,之后密码学者们基于这两个原则构造了Feistel、SP、广义Feistel、MISTY等主要整体结构,目前这些结构被广泛运用于各种标准密码算法和新型认证加密算法。对这几种主要密码算法的整体结构进行了介绍和研究,并基于具体结构的特点,系统地对广义Feistel结构中TYPE-I、TYPE-II、TYPE-Ⅲ型结构构建了不可能差分区分器,对区分器轮数下界进行了推导和证明,为网络安全领域分组密码、序列密码、认证加密、Hash函数等对称密码的设计和分析提供了参考。

关键词：分组密码整体结构不可能差分区分器

基于SAT的ARX不可能差分和零相关区分器的自动化搜索

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电子学报 2019年第12期47卷 2524-2532页

作者：任炯炯张仕伟李曼曼陈少真战略支援部队信息工程大学

ARX(Addition,Rotation,Xor)算法基于模整数加,异或加和循环移位三种运算,便于软硬件的快速实现.不可能差分分析和零相关分析是攻击ARX的有效方法,攻击的关键是搜索更长轮数、更多数量的不可能差分和零相关区分器.目前很多的搜索方法都... 详细信息

ARX(Addition,Rotation,Xor)算法基于模整数加,异或加和循环移位三种运算,便于软硬件的快速实现.不可能差分分析和零相关分析是攻击ARX的有效方法,攻击的关键是搜索更长轮数、更多数量的不可能差分和零相关区分器.目前很多的搜索方法都没有充分考虑非线性组件的性质,往往不能搜索得到更好、更准确的区分器.本文提出了基于SAT(Satisfiability)的ARX不可能差分和零相关区分器的自动化搜索算法.通过分析ARX算法组件的性质,特别是常规模加和密钥模加这两种非线性运算差分和线性传播的特性,给出了高效简单的SAT约束式.在此基础上,建立SAT模型进行区分器的搜索.作为应用,本文首次给出了Chaskey算法13条4轮不可能差分和1条4轮零相关区分器;首次给出了SPECK32算法10条6轮零相关区分器和SPECK48算法15条6轮零相关区分器;在较短的时间内,给出了HIGHT算法17轮的不可能差分和零相关区分器.与现有结果相比,无论是区分器的条数,还是搜索区分器的时间均有明显的提升.此外,通过重新封装求解器STP的输出接口,建立了自动化的SAT\\SMT分析模型,能够给出ARX算法在特殊输入输出差分和掩码集合下,不可能差分和零相关区分器轮数的上界.

关键词：不可能差分区分器零相关区分器 ARX Chaskey SPECK HIGHT SAT求解器

基于SAT的GRANULE算法不可能差分分析

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计算机应用 2023年

作者：武小年匡晶张润莲李灵琛广西密码学与信息安全重点实验室(桂林电子科技大学)

基于布尔可满足性问题(SAT)的自动化搜索方法可以直接刻画与、或、非、异或等逻辑运算,从而建立更加高效的搜索模型。为了更加高效地评估GRANULE算法抵抗不可能差分攻击的能力,首先,基于S盒差分分布表性质,优化了S盒差分性质刻画的SAT模... 详细信息

基于布尔可满足性问题(SAT)的自动化搜索方法可以直接刻画与、或、非、异或等逻辑运算,从而建立更加高效的搜索模型。为了更加高效地评估GRANULE算法抵抗不可能差分攻击的能力,首先,基于S盒差分分布表性质,优化了S盒差分性质刻画的SAT模型;然后,对GRANULE算法建立基于比特的不可能差分区分器的SAT模型,通过求解模型,得到了多条10轮GRANULE算法的不可能差分区分器;其次,针对不可能差分区分器,给出了改进的SAT自动化验证方法并验证;最后,将得到的区分器,往前和往后各扩展3轮,对GRANULE-64/80算法发起了16轮的不可能差分攻击,通过该攻击可以恢复80比特主密钥,其时间复杂度为251.8次16轮加密,数据复杂度为241.8个选择明文。与表现次优的对GRANULE算法不可能差分分析的方法相比,所得到的区分器轮数和密钥恢复攻击轮数都提高了3轮,且时间复杂度、数据复杂度分别降低了约1%、17.5%。

关键词： GRANULE算法布尔可满足性问题不可能差分区分器差分分布表自动化验证

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典型轻量级分组密码算法不可能差分分析研究

典型轻量级分组密码算法不可能差分分析研究

作者：李明明战略支援部队信息工程大学

学位级别：硕士

轻量级分组密码算法由于其计算、存储资源开销少、且能够提供所要求的加密性能,从而被广泛应用于资源受限的环境。随着物联网的兴起,轻量级分组密码算法成为了人们研究的热点。不可能差分分析作为差分分析的一个变种,由Knudsen和Biham... 详细信息

轻量级分组密码算法由于其计算、存储资源开销少、且能够提供所要求的加密性能,从而被广泛应用于资源受限的环境。随着物联网的兴起,轻量级分组密码算法成为了人们研究的热点。不可能差分分析作为差分分析的一个变种,由Knudsen和Biham两人分别独立提出,是目前最常用的密码分析方法之一。不可能差分分析的关键在于找出分组密码算法的最长不可能差分区分器。不可能差分区分器轮数的上确界是衡量密码算法抵抗不可能差分分析的一个重要标准。如果能够给出密码算法最长不可能差分区分器,则无论对密码设计者还是分析者都有重要的参考价值。本文致力于几个典型轻量级分组密码算法在不可能差分分析下的安全性研究。基本研究思路是,首先对密码算法或者密码模型的密码学特性进行研究。其次,基于得到的性质,分析密码算法或者密码模型加、解密方向的差分扩散规律,并利用中间相错技术得到其不可能差分区分器的上确界。再次,利用密码算法或者密码模型加、解密方向的差分扩散规律找出其全部最长不可能差分区分器,或者对最长不可能差分区分器进行分类。最后,选择较优的不可能差分区分器,并结合一些攻击技术,给出密码算法的安全性评估结果。本文取得如下成果。1.对Midori算法在截断不可能差分分析下的安全性进行了研究。通过分析Midori算法的加密方向与解密方向的差分扩散规律,证明了Midori算法的截断不可能差分区分器至多6轮,并对6轮截断不可能差分区分器进行了分类。其次,根据分类结果,构造了一个6轮不可能差分区分器,并给出11轮Midori-64算法的不可能差分分析,恢复了128比特主密钥。2.对SPECK算法在不可能差分分析下的安全性进行了研究。首先利用徐洪等人给出的模整数加法差分扩散性质,分析SPECK系列算法的加密方向与解密方向的差分扩散规律,从而证明了在该性质下SPECK系列算法的不可能差分区分器至多6轮,并给出了所有6轮不可能差分区分器;其次,进一步给出模整数加法差分扩散的补充性质,并利用该性质构造了SPECK系列算法的7轮不可能差分区分器;此外,基于得到的SPECK系列算法6轮、7轮不可能差分区分器,给出了SPECK 2n/4n(2n=32,48,64,128)算法的10轮和11轮不可能差分分析,及SPECK 96/144算法的9轮和10不可能差分分析,恢复了全部主密钥。3.对类SIMON算法的不可能差分区分器进行研究。在单比特差分信息泄漏下,利用弱旋转性质,可以得到类SIMON算法在单比特差分情形下不可能差分区分器的上确界,并给出其所有最长单比特不可能差分区分器,进一步,提出了类SIMON算法在差分情形下的可加性质,可将单比特差分情形扩展至多比特差分情形,从而得到任意(非零)差分情形下的最长不可能差分区分器。以SIMON算法和SIMECK算法为实例,利用类SIMON算法在差分情形下的弱旋转及可加性质,分别证明了单比特差分信息泄漏下SIMON32/48/64/96/128算法最长不可能差分区分器的轮数是11/12/13/16/19轮,SIMECK32/48/64算法最长不可能差分区分器的轮数是11/13/15轮,并给出了各算法的所有最长不可能差分区分器。此外,发现SIMECK算法的多比特差分信息泄漏规律,并利用该规律分别找出了SIMECK48算法的15轮不可能区分器和SIMECK64算法的17轮不可能差分区分器。最后,由于张凯证明了类SIMON算法不可能差分区分器与零相关线性区分器是一一对应关系,故对于不可能差分区分器的结果同样适用于零相关线性区分器。

关键词：密码分析轻量级分组密码算法不可能差分分析不可能差分区分器 Midori SPECK 类SIMON SIMON SIMECK