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软件学报 2021年第9期32卷 2837-2848页

作者：尚方舟孙兵刘国强李超国防科技大学文理学院湖南长沙410073

积分分析是一种针对分组密码十分有效的分析方法,其通常利用密文某些位置的零和性质构造积分区分器.基于高阶差分理论,可通过研究密文与明文之间多项式的代数次数来确定密文某些位置是否平衡.从传统的积分分析出发,首次考虑常数对多项... 详细信息

积分分析是一种针对分组密码十分有效的分析方法,其通常利用密文某些位置的零和性质构造积分区分器.基于高阶差分理论,可通过研究密文与明文之间多项式的代数次数来确定密文某些位置是否平衡.从传统的积分分析出发,首次考虑常数对多项式首项系数的影响,提出了概率积分分析方法,并将其应用于PUFFIN算法的安全性分析.针对PUFFIN算法,构造了7轮概率积分区分器,比已有最好的积分区分器轮数长1轮.进一步,利用构造的概率积分区分器,对9轮PUFFIN算法进行密钥恢复攻击.该攻击可恢复92比特轮密钥,攻击的数据复杂度为224.8个选择明文,时间复杂度为235.48次9轮算法加密,存储复杂度为220个存储单元.

关键词：积分分析高阶差分分析概率积分 PUFFIN算法

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基于MILP搜索的PUFFIN算法积分分析

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密码学报 2019年第5期6卷 627-638页

作者：尚方舟沈璇刘国强李超国防科技大学文理学院长沙410073 国防科技大学信息通信学院武汉430010

积分分析是针对分组密码十分有效的分析方法之一,其通常利用密文某些位置的零和性质构造积分区分器,并据此进行密钥恢复攻击.在ASIACRYPT 2016上,向泽军等人首次运用混合整数线性规划(MILP)模型对积分分析可分性质进行刻画,并对六种轻... 详细信息

积分分析是针对分组密码十分有效的分析方法之一,其通常利用密文某些位置的零和性质构造积分区分器,并据此进行密钥恢复攻击.在ASIACRYPT 2016上,向泽军等人首次运用混合整数线性规划(MILP)模型对积分分析可分性质进行刻画,并对六种轻量级分组密码积分区分器进行搜索.本文针对轻量级分组密码PUFFIN算法,运用基于比特可分性质的MILP模型搜索可分路径,得到PUFFIN算法最长9轮积分区分器.但由于该9轮区分器区分优势不够明显且攻击数据复杂度较高,攻击效果不佳.为取得更好的攻击效果,本文选择搜索8轮积分区分器对PUFFIN算法进行10轮密钥恢复攻击.该攻击能够恢复PUFFIN算法100比特轮密钥,攻击的数据复杂度为254.81个选择明文,时间复杂度为267.49次10轮算法加密,存储复杂度为220个存储单元.

关键词：积分分析混合整数线性规划可分性质 PUFFIN算法

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积分分析及其在PUFFIN算法中的应用

积分分析及其在PUFFIN算法中的应用

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作者：尚方舟国防科技大学

学位级别：硕士

积分分析是针对分组密码十分有效的分析方法之一,其通常利用密文某些位置的零和性质构造积分区分器,并据此进行密钥恢复攻击。为了更加充分地利用算法中的非线性组件信息,在EUROCRYPT 2015上,日本学者Todo提出可分性理论,并给出了搜索... 详细信息

积分分析是针对分组密码十分有效的分析方法之一,其通常利用密文某些位置的零和性质构造积分区分器,并据此进行密钥恢复攻击。为了更加充分地利用算法中的非线性组件信息,在EUROCRYPT 2015上,日本学者Todo提出可分性理论,并给出了搜索积分区分器的一般化算法。之后,在FSE 2016上,Todo等人将可分性概念应用到基于比特的分组密码。但由于基于比特的可分性质搜索复杂度比较大,在ASIACRYPT 2016上,向泽军等人首次运用混合整数线性规划(Mixed-Integer Linear Programming,MILP)模型对可分性质进行刻画,并将其应用到六种轻量级分组密码积分区分器的搜索。本文主要成果如下:(1)运用基于比特可分性质结合MILP搜索工具,得到PUFFIN算法9轮积分区分器。但由于该9轮区分器区分优势不够明显且攻击数据复杂度较高,攻击效果不佳。本文选择8轮积分区分器对PUFFIN算法进行10轮密钥恢复攻击。该攻击能够恢复100比特轮密钥,攻击的数据复杂度为254.81个选择明文,时间复杂度为2次10轮算法加密,存储复杂度为220个存储单元。进一步,运用传统比特可分性的扩展——三元集比特可分性结合MILP搜索工具,得到PUFFIN算法平衡比特数更多的9轮积分区分器。这是PUFFIN算法目前已知最长的积分区分器。(2)为得到更好的实际攻击效果,本文从传统的积分分析出发,考虑以高概率成立的零和性质,首次提出了概率布尔多项式的概念及其运算法则,并由此给出概率积分区分器构造方法及其分析模型。将该方法运用到PUFFIN算法中,得到了7轮概率积分区分器。进一步,利用构造的概率积分区分器,对9轮PUFFIN算法进行密钥恢复攻击,并进行了实验验证。该攻击可恢复92比特轮密钥,数据复杂度为224.8个选择明文,时间复杂度为235.48次9轮加密,存储复杂度为220个存储单元。这是目前已知PUFFIN算法最好的实际积分攻击结果。

关键词：积分分析混合整数线性规划概率积分 PUFFIN算法

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轻量级分组密码puffin的差分故障攻击

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电子与信息学报 2020年第6期42卷 1519-1525页

作者：袁庆军张勋成高杨王永娟战略支援部队信息工程大学郑州450001 河南省网络密码技术重点实验室郑州450001

基于代换–置换网络结构的轻量级分组密码算法puffin在资源受限的硬件环境中使用较广泛,差分故障攻击是针对硬件密码算法较为有效的攻击手段。该文针对PUFFIN算法,改进多比特故障模型,通过构建输出差分和可能输入值之间的关系,注入5次... 详细信息

基于代换–置换网络结构的轻量级分组密码算法puffin在资源受限的硬件环境中使用较广泛,差分故障攻击是针对硬件密码算法较为有效的攻击手段。该文针对PUFFIN算法,改进多比特故障模型,通过构建输出差分和可能输入值之间的关系,注入5次故障即可确定单个S盒唯一输入值;在最后一轮加密过程中注入10次故障,成功恢复轮密钥的概率为78.64%,进而可恢复初始密钥。

关键词：差分故障攻击代换–置换网络结构 PUFFIN算法

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无线传感器网络安全模块的设计与实现

无线传感器网络安全模块的设计与实现

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作者：王德伟黑龙江大学

学位级别：硕士

随着物联网的发展,RFID芯片和无线传感网络等微型计算设备的应用越来越广泛,给人们的生活带来了极大的便利。与此同时,如何确保信息的安全性,越来越引起人们的重视。由于微型计算设备一般计算能力较低、存储空间及能源供应都有限,在这... 详细信息

随着物联网的发展,RFID芯片和无线传感网络等微型计算设备的应用越来越广泛,给人们的生活带来了极大的便利。与此同时,如何确保信息的安全性,越来越引起人们的重视。由于微型计算设备一般计算能力较低、存储空间及能源供应都有限,在这些设备上进行信息保护时,往往需要设计执行效率高、资源消耗少的轻量级密码算法。因此,本文根据轻量级的PUFFIN算法提出了一种保护无线传感器网络信息安全的技术:去协同技术。去协同技术即对输入的数据进行扰乱—称为变码,改变选定字段的数值,在离开保护域时再将其解码—恢复原来的数值。针对无线传感器网络中数据流的去协同技术可以切断攻击者在数据流中加入的触发信息与攻击者在硬件中加入的触发逻辑,使得硬件木马无法正常触发,即实现保护无线传感器网络信息安全的作用。去协同模块是由伪随机数模块、密钥生成模块、更新模块、变码模块以及解码模块组成。伪随机数模块产生随机数列用作做主密钥和随机数。密钥模块生成子密钥用来数据变码和解码。更新模块控制整个系统的逻辑,变解码模块主要功能是对数据进行扰乱和恢复。本论文也给出了去协同模块的设计准则和相关性能参数,同时也在Altera cyclone IV FPGA平台完成了该去协同模块的硬件实现。数据流在密码模块中经过11CLK输出,同时流水延迟8CLK。

关键词：流密码 PUFFIN算法无线传感器网络去协同技术

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