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AEGIS算法的弱状态分析

电子学报 2018年第9期46卷 2102-2107页

作者：施泰荣关杰刘文哲信息工程大学 61415部队

AEGIS算法是进入caesar竞赛(Competition for Authenticated Encryption:Security,Applicability,and Robustness)第三轮评选的认证加密算法.根据内部状态和密钥长度的不同,设计者推荐了三个AEGIS系列算法:AEGIS-128、AEGIS-256和AEGIS-128L.本文分别给出AEGIS-256和AEGIS-128L算法一组新的弱状态,对应出现的概率远优于现有分析结果.在此基础上,针对AEGIS-256算法,本文实现了对算法的伪造攻击,并给出内部状态与各自的明文对应,使得产生的认证标签为全0;针对AEGIS-128L算法,本文得到了算法在弱状态下的信息泄漏规律.最后对AEGIS系列算法弱状态的成因进行分析,给出了具体的设计及使用建议.目前,除设计报告外尚无对AEGIS算法的弱状态的分析,因此该文对caesar竞选有重要意义.

关键词： caesar竞赛 AEGIS算法弱状态伪造攻击

故障模型下MORUS算法的差分扩散性质研究

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软件学报 2018年第9期29卷 2861-2873页

作者：施泰荣关杰李俊志王森鹏信息工程大学河南郑州450001

MORUS算法是由H.Wu等人设计的一类认证加密算法,目前已顺利进入caesar竞赛第3轮竞选.研究MORUS算法故障模型下的差分扩散性质.采用面向比特的随机故障模型,结合差分分析技术与中间相遇思想,改进了针对MORUS算法的差分链搜索算法.运用该... 详细信息

MORUS算法是由H.Wu等人设计的一类认证加密算法,目前已顺利进入caesar竞赛第3轮竞选.研究MORUS算法故障模型下的差分扩散性质.采用面向比特的随机故障模型,结合差分分析技术与中间相遇思想,改进了针对MORUS算法的差分链搜索算法.运用该算法找到了5步概率为2^(-85)的差分链,从而实现了对初始化过程5步的简化版MORUS-640-128算法的差分-区分攻击,攻击所需的数据量和区分优势分别为2^(89)和0.99965.最后,利用差分故障分析方法对认证过程3步的简化版MORUS-640-128算法进行了伪造攻击.

关键词： caesar竞赛 MORUS算法差分故障分析中间相遇

MORUS算法初始化过程的混乱与扩散性质研究

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密码学报 2015年第6期2卷 536-548页

作者：张沛关杰李俊志施泰荣信息工程大学郑州450001

MORUS算法是已进入caesar竞赛第二轮评选的一个基于流密码的认证加密算法,研究算法的混乱与扩散性质对于评估其安全性来说十分必要.本文首次从完全性和差分扩散性两个角度对MORUS算法初始化过程的混乱与扩散性质进行了研究.我们首先研究... 详细信息

MORUS算法是已进入caesar竞赛第二轮评选的一个基于流密码的认证加密算法,研究算法的混乱与扩散性质对于评估其安全性来说十分必要.本文首次从完全性和差分扩散性两个角度对MORUS算法初始化过程的混乱与扩散性质进行了研究.我们首先研究了MORUS-640-128的完全性,得到算法输出密钥流和内部状态达到完全性的步数下界分别为4步和6步.利用此性质,我们对3步简化版MORUS-640-128进行了差分-区分攻击和密钥分割攻击.其中,差分-区分攻击仅需2个选择IV就能以0.999985的区分优势完成攻击;密钥分割攻击需要110个选择IV,能以99.8%的成功率恢复全部128比特初始密钥,计算复杂度为O(2^(106.8)).结合完全性算法,本文提出了改进的差分自动推演算法,并对4步简化版MORUS-640-128进行了差分-区分攻击,攻击所需的数据量和区分优势分别为2105和0.999665.上述攻击均是首次针对MORUS算法的安全性分析结果,对其初始化过程的设计有一定的参考意义.

关键词： caesar竞赛 MORUS算法混乱扩散完全性差分分析

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8轮Kiasu-BC的多重不可能差分攻击

密码学报 2018年第4期5卷 359-367页

作者：蒋梓龙金晨辉信息工程大学郑州450002

Jean等人在2014年亚密会上提出可调密钥的算法框架,并在AES-128基础上,新增64比特调柄,得到了新的可调分组密码——Kiasu-BC.算法设计者声称Kiasu-BC相较于其它基于AES的可调分组密码而言,算法结构更简洁、加密过程更高效,并在2014年提... 详细信息

Jean等人在2014年亚密会上提出可调密钥的算法框架,并在AES-128基础上,新增64比特调柄,得到了新的可调分组密码——Kiasu-BC.算法设计者声称Kiasu-BC相较于其它基于AES的可调分组密码而言,算法结构更简洁、加密过程更高效,并在2014年提交至caesar竞赛.因此,对可调分组密码的设计而言,研究新增调柄的安全性,具有极其重要的意义.本文借鉴了调柄生成的非零差分会抵消攻击路径差分的思想,提出了在单密钥模式下对8轮Kiasu-BC的多重不可能差分攻击.利用构造的三条攻击路径,可重复使用明文对轮密钥进行多次筛选,从而提高轮密钥筛选效率.此外,我们综合运用了一系列技术如"early abort"技术、明文早夭技术、基于密钥扩展方案的轮密钥筛选技术等,改进了Kiasu-BC算法不可能差分攻击的时间、数据和存储复杂度.本文的时间、数据和存储复杂度分别为2^(115.5)次8轮加密和2^(109.8)次查表、2^(116)选择明文和2^(97.6)字节.这是已知对Kiasu-BC最好的不可能差分攻击结果.

关键词：多重不可能差分可调分组密码 Kiasu-BC caesar竞赛明文早夭技术

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LAC认证加密的伪造攻击及其改进

计算机应用研究 2018年第8期35卷 2404-2408页

作者：张溪毛明袁征西安电子科技大学通信工程学院西安710071 北京电子科技学院北京100070

针对认证加密算法在设计中出现的一些不足,尤其是近年兴起的caesar竞赛征集算法,介绍了两种伪造攻击的手段,通过破坏密文的完整性达到欺骗认证者的目的。以LAC候选算法为例,通过伪造攻击的方法对其内部结构、认证机制和攻击原理进行了... 详细信息

针对认证加密算法在设计中出现的一些不足,尤其是近年兴起的caesar竞赛征集算法,介绍了两种伪造攻击的手段,通过破坏密文的完整性达到欺骗认证者的目的。以LAC候选算法为例,通过伪造攻击的方法对其内部结构、认证机制和攻击原理进行了分析和描述,并对其原有结构进行了改进,使其能够有效地抵抗现有的伪造攻击。通过对其安全性进行分析,表明LAC算法改进方案能够有效抵抗伪造攻击。

关键词：认证加密 caesar竞赛 LAC算法伪造攻击

基于认证加密机制的列控信号安全通信协议研究

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基于认证加密机制的列控信号安全通信协议研究

作者：代新月西南交通大学

学位级别：硕士

RSSP-Ⅱ协议,是我国CTCS-3级列控系统信号安全通信的核心,其消息鉴定安全层通过定义消息鉴别码算法为车地之间传输的报文提供数据完整性保护和数据来源鉴别,故该算法的安全性直接关系到了高铁的安全运营。但是,目前已有学者对该算法发... 详细信息

RSSP-Ⅱ协议,是我国CTCS-3级列控系统信号安全通信的核心,其消息鉴定安全层通过定义消息鉴别码算法为车地之间传输的报文提供数据完整性保护和数据来源鉴别,故该算法的安全性直接关系到了高铁的安全运营。但是,目前已有学者对该算法发起密钥恢复攻击,并成功伪造未授权信息被列车接收。虽然在真实系统中,攻击者在较短的密钥生存周期内通常很难得到足够的己知明文以发起实际攻击,但考虑到下一代LTE-R系统消息传输速率更高,且数据包数量更大,攻击者有极大可能在密钥生存周期内发现碰撞从而发起有效攻击。因此,即使现有系统由于成本等原因不进行改进,目前的安全机制也必然无法延用到下一代列控系统以提供防护。围绕该问题,本文提出了针对性改进方案,从而为列控信号的传输提供更高的安全保障。目前,认证加密机制已经广泛用于无线局域网等各个领域,其在安全性和效率等方面均有突出表现,所以本文引入认证加密机制来对列控通信系统进行改进,不仅能够解决现有RSSP-Ⅱ协议核心消息认证算法的安全问题,还可以弥补GSM-R安全机制失效带来的风险,为未来列控通信系统提供高强度的端到端安全保护机制。在选择合适的认证加密算法时,参考了进入caesar竞赛最后一轮评选的算法,并结合铁路应用场景的特点,从安全性、实时性和兼容性三方面,对这些算法在铁路列控通信领域的适用性展开研究与分析,最终选出面向深度防御应用场景的Deoxys-Ⅱ算法作为改进方案的核心。在引入Deoxys-Ⅱ算法改进原有安全机制的同时,为了保证协议的兼容性,本文从关联数据划分、密钥生成机制、对等实体验证、安全数据传输、错误处理机制5个方面对原RSSP-Ⅱ协议进行了改进设计,并且进一步对比了Deoxys-Ⅱ算法和原消息鉴别码算法的软硬件实现。软件实现方面,通过构造典型的列控消息包对Deoxys-Ⅱ算法进行了正确性和效率测试,并与原消息鉴别码算法进行对比,结果显示Deoxys-Ⅱ算法的软件时延大幅度降低。硬件实现方面,对Deoxys-Ⅱ算法与原消息鉴别码算法的硬件资源消耗进行对比,结果显示Deoxys-Ⅱ算法的硬件数据吞吐量显著提升,且内存占用明显降低。综上所述,改进后的RSSP-Ⅱ协议,不仅弥补了原协议消息鉴别码方案存在的安全漏洞,为列控信号安全传输提供了更高强度的防护,还显著降低了数据传输的通信耗时,可用于保护类似于紧急停车命令等因过长时延而未纳入保护范围的高优先级指令,进一步保障列控系统的安全性。

关键词： RSSP-Ⅱ协议认证加密机制 caesar竞赛端到端防护 Deoxys-Ⅱ

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认证加密方案的安全性研究

认证加密方案的安全性研究

作者：毛杰申上海交通大学

学位级别：硕士

caesar认证加密方案竞赛是在全球范围内征集认证加密方案的竞赛,目标寻找到有优秀的安全性并且高效的认证加密方案。caesar竞赛对认证加密方案有众多的特征需求,如抗初始向量重复使用,中间认证码,可在线加密等。本文针对这些特征需求进... 详细信息

caesar认证加密方案竞赛是在全球范围内征集认证加密方案的竞赛,目标寻找到有优秀的安全性并且高效的认证加密方案。caesar竞赛对认证加密方案有众多的特征需求,如抗初始向量重复使用,中间认证码,可在线加密等。本文针对这些特征需求进行了深入分析与举例,并探究如何实现认证加密方案中比较重要的几项需求。作为caesar竞赛的参赛者之一的LAC是独特的状态泄露式认证加密方案,本文找到了在初始向量重复使用的情况下,对LAC进行伪造攻击,时间复杂度为2。另外本文也整理了caesar竞赛第二轮的参赛者的特征,并以AEZ,SHELL等比较出众的几个方案为例,结合caesar竞赛的特征需求阐释了如何去实现认证加密方案中某些比较难以实现的特征需求,同时尝试对这些优秀的方案进行攻击,寻找这些方案中的不足之处,并予以总结。

关键词：认证加密方案 caesar竞赛伪造攻击状态泄露式认证加密方案

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基于混沌的认证加密方案的设计与研究

基于混沌的认证加密方案的设计与研究

作者：吴广西南交通大学

学位级别：硕士

近年来,随着caesar竞赛的举行,使得对认证加密方案的研究达到了一个新的高潮。由于认证加密方案集保密和认证功能于一身的技术优点,其可被广泛应用于既需要加密又需要进行数据完整性保护且对执行效率要求高的环境中。目前使用的认证加... 详细信息

近年来,随着caesar竞赛的举行,使得对认证加密方案的研究达到了一个新的高潮。由于认证加密方案集保密和认证功能于一身的技术优点,其可被广泛应用于既需要加密又需要进行数据完整性保护且对执行效率要求高的环境中。目前使用的认证加密方案—一CCM和GCM等,已逐渐不能满足现在的应用需求了,尤其是对CCM还存在诸多批评。本文结合混沌系统及细胞自动机和caesar竞赛中候选方案的设计思想、安全分析等内容,主要工作包括以下几个方面：(1)对认证加密方案和混沌及细胞自动机的理论的基础知识做了论述。首先介绍了认证加密方案的定义、一般模型、常见传统认证加密方案的分类,并总结了caesar竞赛中候选方案的基本设计思想,同时对混沌理论的几类基本的模型作了总结,以及n-维非线性数字滤波器和细胞自动机的理论基础。(2)结合满足Kelber条件的非线性数字滤波器以及SHA-3函数的设计思想,提出了一种基于耦合非线性数字滤波器的AE算法构造方法。该算法采用Sponge结构进行迭代并利用耦合非线性数字滤波器产生的混沌比特流作为子密钥对明文进行加密,同时从其中一个非线性数字滤波器的输出端抽头出来进行消息认证标签的计算,从而实现同时加密认证的效果。研究结果表明：算法结构简单,运算快速,具有较高的安全性,同时耦合的数字滤波器结构中不存在复杂浮点运算,便于软硬件实现。(3)根据传统S HA-3 Hash函数族中使用的类Sponge结构——Duplex结构与现有的可逆细胞自动机模型,设计了一种结构新颖的One-pass AE方案。底层函数使用的是一类特殊的二阶一维记忆可逆细胞自动机。AE方案通过可逆细胞自动机的演化运算,在不需要计算认证标签且只需对每个明文块进行一次处理的情况下完成对明文的加密。解密及验证阶段,则通过执行此二阶一维细胞自动机的逆向运算得出明文,并通过最终恢复的密钥来完成密文完整性的验证。理论分析和实验结果表明,该方案具有良好的混乱和扩散特性,且能敏感的检测出对密文的篡改,保证方案的认证性。而且方案还具有设计结构简单,执行效率高的特点。最后对论文工作进行了全面的总结,并对今后的研究方向进行了展望。

关键词：认证加密混沌系统非线性自回归数字滤波器可逆细胞自动机 caesar竞赛

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几种认证加密算法的分析研究

几种认证加密算法的分析研究

作者：肖祯山东师范大学

学位级别：硕士

现代密码技术作为信息安全的基础受到了广泛的关注和高度的重视,提出能适应各行各业且安全性较好、成本较低廉、结构较简单的认证加密工作模式已成为现代密码技术研究的热点。认证加密工作模式是将消息进行加密生成密文并且计算出认证... 详细信息

现代密码技术作为信息安全的基础受到了广泛的关注和高度的重视,提出能适应各行各业且安全性较好、成本较低廉、结构较简单的认证加密工作模式已成为现代密码技术研究的热点。认证加密工作模式是将消息进行加密生成密文并且计算出认证标签来解决用户信息的隐私性和真实性等实际问题的一种密码方案。于2014年5月发起的旨在面向全球遴选认证加密算法的caesar竞赛(Competition for Authenticated Encryption:Security,Applicability and Robustness),总共征集到了57个认证加密算法,其中绝大多数的算法是基于分组密码来设计的认证加密模式,LAC和Tiaoxin-346是两个被提交到此次竞赛的经典算法。本论文对这两个算法进行了详细的分析研究,主要做了以下三个方面工作:1、对认证加密方案最基本的理论知识进行了详细的介绍。主要介绍了认证加密方案的通用结构、分类方法和安全性分析。并以ALE算法为例对基于分组密码设计的认证加密模式进行了较为深入地研究。对ALE算法的认证加密过程及泄露状态伪造攻击方法进行了分析研究,诠释了认证加密算法的攻击套路和思想。2、对认证加密算法LAC进行了深入研究,分析了该算法的认证加密过程。结合分组密码LBlock-s的差分分析和ALE泄露状态伪造攻击的攻击思想对LAC算法进行了分析,给出了差分路径和攻击实例。3、对认证加密算法Tiaoxin-346进行了深入研究,对该算法进行了差分分析,提出了一种新的差分路径搜索方法,并使用差分路径搜索方法找到了符合条件的两条高概率差分路径,差分路径的概率较之前算法设计者的有了明显的提高。

关键词：认证加密 caesar竞赛分组密码泄露状态伪造攻击差分路径