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口令恢复中的高效字典生成方法研究

口令恢复中的高效字典生成方法研究

作者：李丽平郑州大学

学位级别：硕士

截止到2018年,移动互联网用户达到15.5亿,网络应用日益融入人们的生活。移动互联网的加速发展产生了对信息安全的思考。口令是信息安全中使用最广泛的身份验证手段。口令的恢复与加密研究相辅相成,也得到了迅速的发展。研究发现口令恢... 详细信息

截止到2018年,移动互联网用户达到15.5亿,网络应用日益融入人们的生活。移动互联网的加速发展产生了对信息安全的思考。口令是信息安全中使用最广泛的身份验证手段。口令的恢复与加密研究相辅相成,也得到了迅速的发展。研究发现口令恢复的重点在于字典的选取。但是随着移动互联网用户越来越多,口令空间在爆发式增长,字典文件越来越大,文件中的候选口令数量急剧增加。因此,研究口令恢复中高效字典的生成具有重要意义。针对口令恢复中字典文件存在搜索空间大和效率低的问题,本文重点研究具有高概率的口令结构和基于个人信息的口令集,在概率上下文无关文法的基础上,对真实场景下的口令研究了各种分布参数,挖掘高概率口令的分布规则。设计了两种高效字典生成算法。完成的主要工作如下:1.提出了口令基因库模型。针对近七千万条真实明文口令,统计了它们的各项分布特征,总结出若干条高概率口令的生成规则。同时,对口令中的个人信息进行分析,给出了个人信息与口令之间的关系。基于这些规则和关系,设计了口令强度计算规则,提出了口令结构、数字串、大小写字母串和特殊字符串基因库模型。2.基于口令基因库模型,提出了基于漫步攻击和定向攻击的两种高概率字典生成算法—基于基因库的口令结构字典生成算法和基于个人信息的动态口令字典生成算法。第一种算法利用高概率的字符串基因重组口令结构,避免穷举低概率的字符串部分,提高字典的命中率。第二种算法利用口令与个人信息之间的相关性,产生候选口令集合,提高口令命中率。3.基于异构高性能计算平台进行口令恢复实验。在相同数据集上,与口令恢复领域经典字典进行对比试验。实验结果表明,本文算法生成的字典有效提高了口令的命中率。且在口令恢复项目中已得到实际应用。

关键词：口令结构基因库口令恢复信息安全网络安全

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口令恢复在神威太湖之光上的优化与实现

口令恢复在神威太湖之光上的优化与实现

作者：任必晋郑州大学

学位级别：硕士

随着信息安全的发展,各个领域加密的文档、压缩文件、网络协议增加,同时加密产生的口令数量和复杂度也在快速增长。为了挽回口令丢失带来的损失,以及实现国家安全部门的互联网信息监控和调查取证,口令恢复已经成为了一项重要的工作。为... 详细信息

随着信息安全的发展,各个领域加密的文档、压缩文件、网络协议增加,同时加密产生的口令数量和复杂度也在快速增长。为了挽回口令丢失带来的损失,以及实现国家安全部门的互联网信息监控和调查取证,口令恢复已经成为了一项重要的工作。为了加密口令的安全性,口令恢复的计算复杂度通常很大,普通单核及多核计算平台难以满足口令恢复的计算需求。“神威·太湖之光”是我国排名第一的国产超级计算机,性能指标领先,已有许多高性能应用在神威平台上进行了实现和优化并取得了很好的效果,使用“神威·太湖之光”进行口令恢复可以满足口令恢复的大量计算需求。因此本文从文档、压缩文件和网络协议三个方面依次实现并优化了“神威·太湖之光”上的并行PDF、Win Zip以及NTLM口令恢复算法。本文的主要工作有以下几点:1.研究分析了PDF、Win Zip、NTLM三种口令恢复算法。描述了三种口令恢复算法的文件格式、恢复流程,指出了关键算法和计算热点,并对关键算法进行了深入分析,为在“神威·太湖之光”上的具体实现奠定了基础。2.提出了在“神威·太湖之光”上的口令恢复框架;设计并优化了三种口令恢复算法在“神威·太湖之光”上的并行算法框架;设计实现了并行口令恢复算法的口令生成算法,并进行了优化,提高了口令生成速度;实现了口令切片技术同时,进行了负载均衡、访存优化、循环展开等性能优化,进一步提高了计算速度。3.对PDF、Win Zip、NTLM并行口令恢复算法进行了测试实验。PDF口令恢复算法在申威26010处理器上单核组的对照加速比最高可达9.34。Win Zip口令恢复算法经过并行优化达到了40倍的加速比,总加速比可达63.75。NTLM并行口令恢复算法最高核组数时可得相对加速比为4 094.08,总加速比为4070.15。Win Zip、NTLM并行口令恢复算法实验核组数与程序每秒处理口令数成比例递增,加速比为线性加速比,体现了不同口令恢复算法在“神威·太湖之光”上的良好适应性和扩展性。

关键词：神威·太湖之光口令恢复并行计算性能优化

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在多FPGA上的高性能VPN口令恢复方法

小型微型计算机系统 2019年第4期40卷 765-770页

作者：韩宇周清雷李斌朱维军郑州大学信息工程学院郑州450000 解放军信息工程大学信息工程学院郑州450000

随着国家不断加大对网络安全领域的重视程度,工信部出台规定私人不得自行建立和租用VPN.但由于VPN通信的保密性导致有关部门难以有效监管.因此,实现一种高效的VPN口令恢复方案具有重要意义.通过对VPN使用的身份验证协议以及数据加密协... 详细信息

随着国家不断加大对网络安全领域的重视程度,工信部出台规定私人不得自行建立和租用VPN.但由于VPN通信的保密性导致有关部门难以有效监管.因此,实现一种高效的VPN口令恢复方案具有重要意义.通过对VPN使用的身份验证协议以及数据加密协议的分析,本文提出了一种针对使用PPTP隧道协议进行VPN通信的破解模式—VPN-DES模式,并实现了基于多组全流水线架构的FPGA口令恢复方案. VPN-DES模式能将需要暴力穷举的口令空间缩小到2^(56).使用VPN-DES模式恢复的口令不仅可以实现身份认证,还可以用于破解VPN加密的通信数据.采用全流水线架构的FPGA设计在充分发挥FPGA高性能计算的优势的同时,还能在有限时间内遍历全口令空间,因此本方案拥有100%的破解率.实验结果表明,与采用CPU、GPU暴力破解相比,该方案性能比GPU提高12. 8倍,相比CPU则提高5万倍左右.

关键词： VPN 口令恢复 FPGA 高性能计算

基于FPGA集群的Office口令恢复优化实现

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计算机科学 2020年第11期47卷 32-41页

作者：李斌周清雷斯雪明陈晓杰郑州大学信息工程学院郑州450001 数学工程与先进计算国家重点实验室郑州450001

口令恢复是口令找回和电子取证的关键技术,而加密的Office文档被广泛使用,实现Office加密文档的有效恢复对信息安全具有重要的意义。口令恢复是计算密集型任务,需要硬件加速来实现恢复过程,传统的CPU和GPU受限于处理器结构,大大限制了... 详细信息

口令恢复是口令找回和电子取证的关键技术,而加密的Office文档被广泛使用,实现Office加密文档的有效恢复对信息安全具有重要的意义。口令恢复是计算密集型任务,需要硬件加速来实现恢复过程,传统的CPU和GPU受限于处理器结构,大大限制了口令验证速度的进一步提升。基于此,文中提出了基于FPGA集群的口令恢复系统。通过详细分析Office加密机制,给出了各版本Office的口令恢复流程。其次,在FPGA上以流水线结构优化了核心Hash算法,以LUT(Look Up Table)合并运算优化改进了AES(Advanced Encryption Standard)算法,以高速并行实现了口令生成算法。同时,以多算子并行设计了FPGA整体架构,实现了Office口令的快速恢复。最后,采用FPGA加速卡搭建集群,配合动态口令切分策略,充分发掘了FPGA低功耗高性能的计算特性。实验结果表明,无论在计算速度还是能效比上,优化后的FPGA加速卡都是GPU的2倍以上,具有明显的优势,非常适合大规模部署于云端,以缩短恢复时间找回口令。

关键词： FPGA Office加密文档口令恢复 SHA1(Secure Hash Algorithm 1) AES 信息安全

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GPU并行技术在口令恢复中的应用

电信科学 2010年第S2期26卷 24-28页

作者：汤伟宾厦门市美亚柏科信息股份有限公司厦门361008

近年来,GPU凭借其超强的并行计算能力,对传统的CPU应用发起了强有力的冲击,目前GPU已经被运用于各种高性能计算中。本文以NVIDIA公司的CUDA架构为例,阐述GPU并行计算在口令恢复方面的应用,并分类概括GPU并行编程的优化方式以及相应的案... 详细信息

近年来,GPU凭借其超强的并行计算能力,对传统的CPU应用发起了强有力的冲击,目前GPU已经被运用于各种高性能计算中。本文以NVIDIA公司的CUDA架构为例,阐述GPU并行计算在口令恢复方面的应用,并分类概括GPU并行编程的优化方式以及相应的案例说明。实验结果表明优化后的GPU程序性能是CPU程序性能的300倍左右。

关键词： GPU 并行计算口令恢复

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混合可重构的DES算核高效能口令恢复方案

计算机工程与科学 2020年第10期42卷 1887-1896页

作者：李斌周清雷斯雪明冯峰郑州大学信息工程学院河南郑州450001 数学工程与先进计算国家重点实验室河南郑州450001

密码算法是网络安全的关键技术,它的高速实现与破译,是电子信息侦查、算法安全性验证的重要手段。针对DES、DES Crypt和3DES算法的快速破解,提出了一种混合可重构的DES算核高效能口令恢复方案。通过对DES算法特征的分析,结合算核的设计... 详细信息

密码算法是网络安全的关键技术,它的高速实现与破译,是电子信息侦查、算法安全性验证的重要手段。针对DES、DES Crypt和3DES算法的快速破解,提出了一种混合可重构的DES算核高效能口令恢复方案。通过对DES算法特征的分析,结合算核的设计思想,以循环控制和全流水架构,分别实现了串行和并行2种DES算核。其次,对这2种算核进行重构以适配各种应用,并布局多个算子协同工作,完成应用的并行计算。最后,利用策略缩小DES口令搜索空间,并设计了2种高速口令生成算法,进一步加快DES的恢复速度。实验结果表明,相比于CPU、GPU实现,该方案在计算速度上分别提高了2353.14倍、14.19倍,能效比分别提高了584.96倍、11.02倍,最快可在几秒内恢复原始口令,其效率有了明显提高。

关键词：可重构 DES 算核高效能口令恢复

基于PRCA体系结构的PDF文档口令恢复算法设计与实现

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基于PRCA体系结构的PDF文档口令恢复算法设计与实现

作者：姚强郑州大学

学位级别：硕士

随着当今科学技术的迅猛发展,高性能计算已经成为科学技术发展中最具战略性意义的支撑工具之一。高性能计算机制造水平和研发能力是衡量综合国力的重要标志,也是国家创新体系的重要组成部分。随着计算机系统性能的飞速提升,系统所耗费... 详细信息

随着当今科学技术的迅猛发展,高性能计算已经成为科学技术发展中最具战略性意义的支撑工具之一。高性能计算机制造水平和研发能力是衡量综合国力的重要标志,也是国家创新体系的重要组成部分。随着计算机系统性能的飞速提升,系统所耗费的资源越来越大。提高计算机系统计算能效的方法途径很多,体系结构对系统节能影响很大,因而,通过体系结构的创新来提高效能业已成为计算机研究日益关注的热点和焦点,新概念高效能计算机体系的研究承担着长远的战略意义和重大的现实意义。互联网的众多用户产生了大量加密文档,现有的计算结构和计算能力难以满足加密文档口令恢复的需要,基于传统CPU架构的口令恢复受限于其对密码算法的计算速度,只能破解口令复杂度较低的口令,且每秒能够验证的口令数比较少,计算效率远远不能满足科技发展的要求。计算量大、计算量周期变化明显是现有的计算结构难以应对的,需要寻求更加高效能的计算结构。采用多体系结构重构的计算体系,针对不同应用对计算资源进行重构,能够有效提高计算效能。字典攻击是一种高效的文档破解方式,随着口令破解速度的不断提升,字典攻击对命中率与读取速度也有了更高的要求。那么,通过选取高效的口令结构是提高口令字典攻击命中率的有效方法。论文以PDF这一典型文档的口令恢复算法为研究内容,分析研究典型文档口令恢复的计算需求与特点,结合异构计算的优点,采用了一种扩充高概率口令结构变形规则的字典攻击方法,同时依托国家“863”项目研制的拟态计算机原理样机的PRCA体系结构,以FPGA作为异构硬件平台为设计高效能的口令恢复服务提供技术支撑,实现多FPGA并行传输的字典口令攻击方案,并以此来验证异构计算平台的高效能。通过FPGA与通用服务器间性能和功耗的对比实验表明,字典攻击效率明显提升,同时降低了功耗。

关键词：高效能计算口令恢复 PDF 字典攻击口令结构

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基于高性能计算平台的文件口令恢复技术研究

基于高性能计算平台的文件口令恢复技术研究

作者：李筱筱北京邮电大学

学位级别：硕士

近年来,随着计算机技术的发展,企业的信息化管理日益成熟,作为企业信息重要载体的文件,其机密性受到各方关注。同时,伴随计算机向人们日常生活的渗透,大量包含个人隐私和敏感信息的文件被保存在个人电脑中,确保这些文件的安全性也至关... 详细信息

近年来,随着计算机技术的发展,企业的信息化管理日益成熟,作为企业信息重要载体的文件,其机密性受到各方关注。同时,伴随计算机向人们日常生活的渗透,大量包含个人隐私和敏感信息的文件被保存在个人电脑中,确保这些文件的安全性也至关重要。口令验证机制是保证文件安全性的重要手段,它需要用户提供一个身份验证信息——口令,然后通过哈希运算将结果保存在文件某个部位。任何事物都具有两面性,过多的使用口令给用户带来了记忆负担,一旦忘记密码,用户将无法打开或访问该文件,由此造成巨大损失,同时加密文件也给国家安全部门的侦查取证工作带来了不便。在这种情况下,文件口令恢复技术顺势而生。彩虹表技术是目前最前沿最高效的时空折中技术,它综合了可区分点方法和Hellman表的优势,在口令恢复的时间和存储上达到有效平衡。在CPU-GPU异构系统上实现彩虹表,可以将彩虹表的理论优势同异构系统的高性能计算很好地结合,实现高速口令恢复。本文在CPU-GPU异构系统上设计实现了针对Office文件的两种口令恢复方案。其中在暴力破解口令恢复方案中,设计了一种全局密钥索引来平衡GPU和CPU负载,并根据Office口令验证过程的特点提出了针对存储、指令和并行度的优化方法,使口令恢复速度比优化前提高近三倍。在彩虹表口令恢复中,本文共设计了两种方案——CPU-GPU方案和加入检查点方案。CPU-GPU方案利用Office口令加密机制的漏洞设计了彩虹表的单向函数、截短函数。针对彩虹表在线分析时再生成彩虹链在GPU中处理低效的问题,本文设计将再生成链移至CPU中以减轻平衡CPU、GPU的负载,使口令恢复速度提高了近60%。为进一步减轻CPU负载,本文设计了针对Office文件的多检查点彩虹表方案,在线分析时除进行结束节点的匹配外,还需要验证多检查点的正确性,以此减少假警的发生,.提高整体恢复效率。论文的创新点如下：1.采用MPI-OpenMP-CUDA的编程模型,设计了基于该模型的彩虹表Office文件口令恢复方案,并针对CPU和GPU的结构特点,更改彩虹表的实现流程,达到更好的负载平衡。2.提出带有多检查点的彩虹表Office文件口令恢复方案,并进行实验验证。

关键词： CUDA CPU/GPU协同暴力破解彩虹表 PowerPoint 口令恢复

基于拟态计算机的全流水架构MD5算法及口令恢复研究

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基于拟态计算机的全流水架构MD5算法及口令恢复研究

作者：谭健郑州大学

学位级别：硕士

在当今IT时代,信息和数据就是核心资源,个人隐私也愈发被重视,因此对包含有重要信息的文档进行加密是一种常见的做法。然而此类加密文档也会给互联网信息监控部门带来很大不便,文档的密码一旦遗失更会造成用户的巨大损失,面对如此情况,... 详细信息

在当今IT时代,信息和数据就是核心资源,个人隐私也愈发被重视,因此对包含有重要信息的文档进行加密是一种常见的做法。然而此类加密文档也会给互联网信息监控部门带来很大不便,文档的密码一旦遗失更会造成用户的巨大损失,面对如此情况,口令恢复应用技术应运而生。口令恢复部署于互联网出口,是不良信息过滤系统应用层处理的关键环节之一,是互联网信息进行监控、维护网络信息安全、电子取证的重要手段。互联网上的加密文档类型通常以WORD、PDF、RAR为主,加密信息系统以MD5、SHA1、DES、AES、RC4等算法为核心。此类加密文档的口令恢复过程中伴随着多次Hash迭代,具有一定复杂性。传统计算机的性能主要取决于CPU,算法执行过程中的破解效率也受限于CPU的性能和速度,在面对此类文档的口令恢复任务时,计算效率和计算结构远不能满足需求。中国工程院院士邬江兴教授根据拟态章鱼的启发,提出了拟态计算的新理论,并根据拟态计算的原理构造出我国第一台拟态计算机的原理样机。拟态计算机以计算结构作为高阶函数,在执行任务和处理计算的过程中通过自身感知获取自变量状态并动态地改变自身物理结构从而生成针对问题的最优解算集合。拟态计算机具备高性能、高效能的显著特点,非常适合计算密集型的大数据量处理任务。本文以拟态计算机为实验平台,在MD5算法循环迭代过程中建立相应寄存器组模块负责传值,配合流水线实现全流水架构的MD5算法。同时在全流水基础上加入双端口RAM负责输入端的读写,并采用保留进位加法器对算法优化改进。实验结果表明,算法的时钟频率和数据吞吐量分别达到241.6MHz和123.7Gbps,性能相比较其他平台有显著提高,且能效比是通用服务器IBM M3的1300余倍。设计基于拟态计算机的口令恢复系统并进行了大量实验,通过相关测试数据表明,针对不同类型文档的口令破解任务,拟态计算机的能效比是一般平台的几十至上百倍。

关键词：口令恢复拟态计算机 MD5算法全流水能效比