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轻量级密码Pyjamask和SUNDAE-GIFT的不可能统计故障分析

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计算机学报 2024年

作者：李玮高建宁谷大武秦梦洋刘源东华大学计算机科学与技术学院上海交通大学上海市可扩展计算与系统重点实验室上海交通大学上海市信息安全综合管理技术研究重点实验室上海交通大学计算机科学与工程系

Pyjamask密码是2020年由Goudarzi等学者在国际对称密码学期刊中提出的密码算法，同时也是国际轻量级密码竞赛第二轮候选算法，旨在保护物联网中传感器、智能芯片和嵌入式设备的数据安全．本文结合Pyjamask密码的设计结构和实现特点，基... 详细信息

Pyjamask密码是2020年由Goudarzi等学者在国际对称密码学期刊中提出的密码算法，同时也是国际轻量级密码竞赛第二轮候选算法，旨在保护物联网中传感器、智能芯片和嵌入式设备的数据安全．本文结合Pyjamask密码的设计结构和实现特点，基于不可能关系策略和统计分析，提出适用于在唯密文环境下的不可能统计故障分析方法，并设计了Wasserstein距离—汉明重量和Wasserstein距离—极大似然估计区分器．该分析方法分别仅需1024和1120个随机故障密文，即可在59.84和140.16毫秒内破译Pyjamask密码全部版本的128比特主密钥．并且，该方法和区分器均可用于认证加密算法SUNDAE-GIFT的分析中．不可能统计故障分析的攻击速度快，并且实现代价低，为轻量级密码的实现安全研究提供了有价值的参考．

关键词：轻量级密码 Pyjamask SUNDAE-GIFT 故障分析不可能关系密码分析

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轻量级密码算法TWINE的唯密文故障分析

通信学报 2021年第3期42卷 135-149页

作者：李玮汪梦林谷大武李嘉耀蔡天培徐光伟东华大学计算机科学与技术学院上海201620 上海交通大学计算机科学与工程系上海200204 上海交通大学上海市可扩展计算与系统重点实验室上海200204 上海交通大学上海市信息安全综合管理技术研究重点实验室上海200093

研究了唯密文攻击下TWINE密码的安全性,即在唯密文故障攻击下,利用SEI、MLE、HW、GF、GF-SEI、GF-MLE、Parzen-HW、MLE-HE、HW-HE和HW-MLE-HE等一系列区分器进行分析,能够以至少99%的成功概率恢复TWINE密码的主密钥。仿真实验表明,所提... 详细信息

研究了唯密文攻击下TWINE密码的安全性,即在唯密文故障攻击下,利用SEI、MLE、HW、GF、GF-SEI、GF-MLE、Parzen-HW、MLE-HE、HW-HE和HW-MLE-HE等一系列区分器进行分析,能够以至少99%的成功概率恢复TWINE密码的主密钥。仿真实验表明,所提新型区分器MLE-HE、HW-HE和HW-MLE-HE可以有效地减少故障数并提高攻击效率。研究结果为分析物联网中轻量级密码算法的安全性提供了重要参考。

关键词：轻量级密码 TWINE 唯密文故障分析物联网

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轻量级密码LEA的唯密文故障分析

东华大学学报（自然科学版） 2023年第6期49卷 135-141页

作者：张金煜张雨希李玮东华大学计算机科学与技术学院上海201620

基于唯密文假设,利用故障注入后中间状态值的分布特性,使用平方欧氏不平衡、汉明重量、极大似然和拟合优度等现有区分器,以及比例距离、比例距离-汉明重量和比例距离-极大似然等新型区分器对轻量级密码LEA的原始密钥的恢复进行了试验。... 详细信息

基于唯密文假设,利用故障注入后中间状态值的分布特性,使用平方欧氏不平衡、汉明重量、极大似然和拟合优度等现有区分器,以及比例距离、比例距离-汉明重量和比例距离-极大似然等新型区分器对轻量级密码LEA的原始密钥的恢复进行了试验。结果表明,LEA密码不能抵御唯密文故障分析,新型区分器仅需396个故障即可破译LEA密码,成功率达99%及以上,此方法不仅有效减少了故障数,而且提高了攻击效率。研究结果可为物联网环境中具有相同结构的轻量级密码的安全设计与实现提供参考。

关键词：故障分析轻量级密码 LEA 唯密文攻击物联网

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轻量级密码算法对比分析及应用

通信技术 2023年第12期56卷 1401-1410页

作者：李祥宁张舒黎胡蓬邓春华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

传统密码算法难以适用于物联网等资源受限环境,为了满足此类场景的安全防护需求,轻量级密码算法应运而生且不断发展。近些年,世界各国学者、机构推出了大量的轻量级密码算法,本文对选取的6个典型轻量级密码算法进行对比分析,结合算法结... 详细信息

传统密码算法难以适用于物联网等资源受限环境,为了满足此类场景的安全防护需求,轻量级密码算法应运而生且不断发展。近些年,世界各国学者、机构推出了大量的轻量级密码算法,本文对选取的6个典型轻量级密码算法进行对比分析,结合算法结构和软硬件上的性能表现,给予相应的评价以及应用场景推荐。最后从算法应用的角度对轻量级密码算法在物联网端边云协同、自动驾驶和卫星安全通信三个场景下的应用进行探讨。

关键词：轻量级密码物联网卫星通信自动驾驶

PRESENT轻量级密码的中间相遇统计故障分析

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计算机学报 2023年第2期46卷 353-370页

作者：李玮朱晓铭谷大武李嘉耀蔡天培东华大学计算机科学与技术学院上海201620 上海交通大学计算机科学与工程系上海200240 上海市可扩展计算与系统重点实验室上海200240 上海市信息安全综合管理技术研究重点实验室上海200240

PRESENT算法是于2007年在国际密码硬件与嵌入式系统会议提出的一种轻量级分组密码,2012年成为国际轻量级算法标准ISO/IEC-29192-2,适用于物联网中射频识别标签、网络传感器、智能卡等设备的数据保护.本文结合PRESENT密码的设计结构和实... 详细信息

PRESENT算法是于2007年在国际密码硬件与嵌入式系统会议提出的一种轻量级分组密码,2012年成为国际轻量级算法标准ISO/IEC-29192-2,适用于物联网中射频识别标签、网络传感器、智能卡等设备的数据保护.本文结合PRESENT密码的设计结构和实现特点,基于统计分析和中间相遇分析策略,提出了一种中间相遇统计故障分析方法,设计了皮尔逊相关系数-汉明重量、库尔贝克莱布勒散度-汉明重量区分器和杰卡德相似系数-汉明重量-极大似然估计等区分器,可以分别破译PRESENT密码全部版本的80比特和128比特原始密钥.该方法攻击轮数更深,故障数和耗时更少,有效地扩展了攻击范围,提升了攻击能力.结果表明,中间相遇统计故障分析对PRESENT密码构成了严重威胁.该研究为轻量级密码的实现安全研究提供了有价值的参考.

关键词：轻量级密码 PRESENT 故障分析中间相遇分析密码分析

物联网中MIBS轻量级密码的唯密文故障分析

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计算机研究与发展 2019年第10期56卷 2216-2228页

作者：李玮曹珊谷大武李嘉耀汪梦林蔡天培石秀金东华大学计算机科学与技术学院上海201620 上海交通大学计算机科学与工程系上海200240 上海市可扩展计算与系统重点实验室(上海交通大学) 上海200240 上海市信息安全综合管理技术研究重点实验室(上海交通大学) 上海200240

MIBS密码是在2009年的密码学和网络安全(CANS)会议上提出的一种轻量级算法,它具有较高的软硬件实现效率,并且能够抵抗差分分析、线性分析等传统密码分析方法,适合运行在资源受限,并有一定安全要求的物联网环境中.提出了一种针对MIBS密... 详细信息

MIBS密码是在2009年的密码学和网络安全(CANS)会议上提出的一种轻量级算法,它具有较高的软硬件实现效率,并且能够抵抗差分分析、线性分析等传统密码分析方法,适合运行在资源受限,并有一定安全要求的物联网环境中.提出了一种针对MIBS密码的新型唯密文故障攻击,即利用新型双重“与”故障模型、新型Parzen-HW和Parzen-HW-MLE区分器对中间状态进行分析,进而破译MIBS密码.实验表明:该方法最少使用72个故障注入即可破译出主密钥,并且成功率不小于99%.该方法可以进一步降低故障注入数和时间,有效地提高了攻击效率.研究表明:唯密文故障攻击对MIBS密码算法的安全性造成极大的威胁,为其他轻量级密码的安全性分析提供了重要参考.

关键词：轻量级密码 MIBS 唯密文故障攻击物联网区分器

LBlock轻量级密码算法的唯密文故障分析

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计算机研究与发展 2018年第10期55卷 2174-2184页

作者：李玮吴益鑫谷大武曹珊廖林峰孙莉刘亚刘志强东华大学计算机科学与技术学院上海201620 上海交通大学计算机科学与工程系上海200240 上海市可扩展计算与系统重点实验室(上海交通大学) 上海200240 上海市信息安全综合管理技术研究重点实验室(上海交通大学) 上海200240 上海理工大学计算机科学与工程系上海200093

LBlock算法是在2011年ANCS会议上提出来的一种轻量级分组密码算法.它是一种具有Feistel结构的典型密码,并且广泛应用于物联网安全中.提出了针对Feistel结构的LBlock密码算法的新型唯密文故障分析方法,通过在算法的倒数第4轮导入故障,分... 详细信息

LBlock算法是在2011年ANCS会议上提出来的一种轻量级分组密码算法.它是一种具有Feistel结构的典型密码,并且广泛应用于物联网安全中.提出了针对Feistel结构的LBlock密码算法的新型唯密文故障分析方法,通过在算法的倒数第4轮导入故障,分别使用6种区分器对算法进行分析.在原有的SEI区分器、GF区分器、GF-SEI双重区分器、MLE区分器基础上,提出了GF-MLE双重区分器和MLE-SEI双重区分器作为新型区分器.仿真实验结果表明:可以在较短的时间内使用较少的故障数且以99%的成功概率恢复出主密钥并破译算法,其中提出的2种新型区分器比原有区分器所需故障数更少、效率更高.由此说明唯密文故障攻击对LBlock算法的安全性构成了巨大的威胁.

关键词：轻量级密码 LBlock 唯密文故障攻击物联网密码分析

Magpie:一种高安全的轻量级分组密码算法

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电子学报 2017年第10期45卷 2521-2527页

作者：李浪李肯立贺位位邹祎刘波涛衡阳师范学院计算机科学系湖南衡阳421008 湖南大学信息科学与工程学院湖南长沙410082

论文提出了一种新的高安全轻量级密码算法,命名为Magpie.Magpie是基于SPN结构,分组长度为64位,密钥长度为96位,包含32轮运算.Magpie密码算法包括两个部分:运算部分和控制部分.运算部分,每轮运算包括五个基本运算模块:常数加,S盒变换,行... 详细信息

论文提出了一种新的高安全轻量级密码算法,命名为Magpie.Magpie是基于SPN结构,分组长度为64位,密钥长度为96位,包含32轮运算.Magpie密码算法包括两个部分:运算部分和控制部分.运算部分,每轮运算包括五个基本运算模块:常数加,S盒变换,行移位,列混合,轮密钥加.控制部分,将密钥的第65位到96位作为Magpie加密算法的控制信号,其中密钥第65位到第80位作为S盒变换控制信号,第81位到第96位值作为列混合,行移位变换和每轮运算的控制信号.在Xilinx Virtex-5 FPGA上实现面积仅为10679 Slices,加密速率为6.4869Gb/s.

关键词：轻量级密码分组密码 FPGA实现

物联网环境中LED轻量级密码算法的统计故障分析研究

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计算机研究与发展 2017年第10期54卷 2205-2214页

作者：李玮葛晨雨谷大武廖林峰高志勇郭筝刘亚刘志强石秀金东华大学计算机科学与技术学院上海201620 上海交通大学计算机科学与工程系上海200240 上海市信息安全综合管理技术研究重点实验室(上海交通大学) 上海200240 上海交通大学微电子学院上海200240 上海理工大学计算机科学与工程系上海200093

LED算法是于2011年密码硬件与嵌入式系统国际会议(CHES)中提出的一种典型轻量级密码算法,用于在物联网环境下保护RFID标签以及智能卡等设备的通信安全.故障分析凭借其攻击速度快、实现简单和难以防御等特点,已成为评测轻量级密码算法安... 详细信息

LED算法是于2011年密码硬件与嵌入式系统国际会议(CHES)中提出的一种典型轻量级密码算法,用于在物联网环境下保护RFID标签以及智能卡等设备的通信安全.故障分析凭借其攻击速度快、实现简单和难以防御等特点,已成为评测轻量级密码算法安全性的一种重要手段.提出了针对LED算法的新型统计故障分析方法,采用面向半字节的故障模型,分别使用SEI区分器、GF区分器和GFSEI双重区分器对算法进行统计分析.实验结果表明:在较短时间内以99%的成功概率恢复出LED算法的64b和128b原始密钥.该攻击方法不仅可以在唯密文攻击条件下实现,而且提升了故障攻击效率,降低了故障数,为物联网环境下其他轻量级密码的安全性分析提供了重要参考.

关键词：物联网轻量级密码 LED 统计故障分析密码分析