检索结果-南通市图书馆

一种基于门限与感染技术的SM4算法综合防护实现

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

电子学报 2022年第5期50卷 1066-1074页

作者：焦志鹏姚富陈华王舰匡晓云黄开天中国科学院软件研究所可信计算与信息保障实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 南方电网科学研究院广东广州510663

侧信道攻击和故障攻击对于密码算法的实现安全性有着巨大的威胁.针对这样的现状,本文结合门限实现和乘法感染防护思想构造了一种具有抵抗侧信道攻击和故障攻击能力的综合防护方案,以门限实现思想为基础实现了对于侧信道攻击的防护,以乘... 详细信息

侧信道攻击和故障攻击对于密码算法的实现安全性有着巨大的威胁.针对这样的现状,本文结合门限实现和乘法感染防护思想构造了一种具有抵抗侧信道攻击和故障攻击能力的综合防护方案,以门限实现思想为基础实现了对于侧信道攻击的防护,以乘法感染思想为基础实现了对于故障攻击的防护,二者相互结合使得综合防护方案同时具有抵抗侧信道攻击和故障攻击的能力.此外以门限实现改善了乘法感染防护中随机数为0的缺陷,并且结合随机置换思想进一步提高了防护方案抵抗故障攻击的能力.随后本文依据以上综合防护理论构造了一种适用于SM4算法的综合防护实现方案,并在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)上进行了具体的实现,最后通过理论分析和安全性评估实验验证了该综合防护方案的安全性.

关键词：侧信道攻击故障攻击门限实现感染综合防护 SM4算法

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

基于MILP寻找SM4算法的差分特征

计算机研究与发展 2022年第10期59卷 2299-2308页

作者：潘印雪王高丽倪建强上海市高可信计算重点实验室(华东师范大学) 上海200062 密码科学技术国家重点实验室北京100878

基于混合整数线性规划(mixed integer linear programming, MILP)的自动化搜索方法被广泛用于搜索密码算法的差分特征,已形成一套完整的框架.该框架采用的基本原理是用线性不等式来刻画密码算法的各个操作,该框架适用于搜索采用4-bit S... 详细信息

基于混合整数线性规划(mixed integer linear programming, MILP)的自动化搜索方法被广泛用于搜索密码算法的差分特征,已形成一套完整的框架.该框架采用的基本原理是用线性不等式来刻画密码算法的各个操作,该框架适用于搜索采用4-bit S盒的密码算法的差分特征.对于采用8-bit S盒的密码算法,基于该框架的搜索模型计算量很大,以致无法高效地找到差分特征.SM4算法于2006年由中国政府发布,于2012年成为国家密码行业标准,于2016年成为国家标准的迭代分组密码算法,其分组状态为128 b,每轮包含4个8-bit的S盒.为了高效地搜索SM4算法的差分特征,研究了对8-bit S盒进行MILP建模的问题,对于采用8-bit S盒的密码算法,改进了搜索高概率差分特征的方法.对于19轮SM4算法,不仅找到了概率为2的差分特征,而且找到了概率为2的差分特征,这是目前基于MILP建模找到的SM4算法轮数最多、概率最高的差分特征.

关键词：混合整数线性规划 SM4算法差分分析差分特征 8-bit的S盒

基于Transformer的SM4算法工作模式识别

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

计算机工程 2023年第9期49卷 109-117页

作者：池亚平岳梓岩林雨衡北京电子科技学院网络空间安全系北京100070 中国科学院网络测评技术重点实验室北京100093

密码算法识别是开展密码设备监管、密码分析等工作的前提,在对现有密码算法识别方案进行总结和分析的基础上,利用K近邻(KNN)算法和随机性检测工具分析sm4分组密码算法不同工作模式下密文识别准确率低的原因。针对现有方案在SM4算法多种... 详细信息

密码算法识别是开展密码设备监管、密码分析等工作的前提,在对现有密码算法识别方案进行总结和分析的基础上,利用K近邻(KNN)算法和随机性检测工具分析sm4分组密码算法不同工作模式下密文识别准确率低的原因。针对现有方案在SM4算法多种工作模式密文混合场景下识别准确率低的现状,证明深度学习应用于sm4分组密码算法工作模式识别问题的可行性,提出一种基于Transformer的SM4算法工作模式密文识别方案。在ECB、CBC、CFB、OFB、CTR工作模式下对文件进行批量加密,密文文件经过数据预处理形成密文数据集,然后输入Transformer模型进行五分类识别。实验结果表明,SM4算法5种工作模式在密文混合场景下识别准确率达到94.94%,证明所提方案可有效提升sm4分组密码算法5种工作模式在密文混合场景下的识别准确率。将密文数据集输入卷积神经网络、循环神经网络、ResNet进行对比实验,结果表明,相较于这3种传统神经网络,基于自注意力机制的Transformer模型识别准确率分别提升18.38、26.96、10.44个百分点。

关键词：密码算法识别 SM4算法工作模式深度学习 Transformer模型

一种基于复合域的国密SM4算法快速软件实现方法

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

密码学报 2023年第2期10卷 289-305页

作者：陈晨郭华王闯刘源灏刘建伟北京航空航天大学空天网络安全工业和信息化部重点实验室北京100191 密码科学技术国家重点实验室北京100878 国防科技大学计算机学院长沙410073

成为ISO/IEC国际标准算法后,sm4的性能受到更多关注.目前针对SM4算法实现效率提升的方法主要集中在缩短S盒的运算时间,其中采用复合域实现的方法大都基于AES算法实现的复合域,而在GF((2^(4))^(2))上鲜有针对SM4算法软件实现的复合域被提... 详细信息

成为ISO/IEC国际标准算法后,sm4的性能受到更多关注.目前针对SM4算法实现效率提升的方法主要集中在缩短S盒的运算时间,其中采用复合域实现的方法大都基于AES算法实现的复合域,而在GF((2^(4))^(2))上鲜有针对SM4算法软件实现的复合域被提出.本文首次在GF((2^(4))^(2))上找到了一个针对SM4算法S盒软件实现的复合域,给出一种基于复合域的SM4算法快速软件实现方法,使用穷举搜索和数学分析优化了算法S盒的复合域数学构造,构建了同构映射矩阵及其最小化目标函数,仅使用175个门函数就完成了S盒运算,平均每个输出比特占用22个门函数.基于比特切片技术,利用扩展指令集AVX2实现了SM4算法256组消息的并行化加密.每字节加解密平均耗时仅6.5个时钟周期.对硬件依赖程度低,经测试在Intel i5、Intel i7和AMD R7环境下均能显著提升SM4算法的计算效率,对有相似S盒结构的密码算法快速软件实现具有重要的参考价值.

关键词： SM4算法 S盒复合域比特切片 AVX2扩展指令集

WIST:基于三维查找表的SM4算法新型白盒设计

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

密码学报（中英文） 2024年第2期11卷 344-356页

作者：杨亚涛董辉张艳硕马英杰北京电子科技学院电子与通信工程系北京100070 西安电子科技大学通信工程学院西安710071

随着密码攻击方式更加多样、隐蔽且破坏性更强,密码分析者可能拥有越来越多的攻击权限与攻击能力,甚至能够获取算法的内部结构.为了更有效保护密钥,本文提出一种基于三维查找表的白盒sm4密码算法实现方案WIST.首先将sm4分组密码算法的... 详细信息

随着密码攻击方式更加多样、隐蔽且破坏性更强,密码分析者可能拥有越来越多的攻击权限与攻击能力,甚至能够获取算法的内部结构.为了更有效保护密钥,本文提出一种基于三维查找表的白盒sm4密码算法实现方案WIST.首先将sm4分组密码算法的线性变换用矩阵表示,设计了能对密钥信息进行隐藏保护的三维查找表,利用输入编码和输出编码对查找表混淆处理,同时采用仿射函数作为外部编码,完成了SM4算法的白盒化实现,并验证了此算法的正确性.效率分析表明WIST占用内存空间适中,具有较高安全性;安全性分析表明WIST能抵抗BGE攻击、MGH攻击、侧信道攻击、线性攻击与差分攻击等常见攻击类型.WIST可以在白盒攻击环境下更好地保护密钥信息.

关键词：白盒密码 SM4算法查找表密钥混淆密码攻击

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

基于FPGA的SM4算法高效实现方案

通信学报 2024年第5期45卷 140-150页

作者：张宏科袁浩楠丁文秀闫峥李斌梁栋西安电子科技大学网络与信息安全学院陕西西安710126 中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄050299 西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室陕西西安710071 西安电子科技大学杭州研究院浙江杭州311200

针对SM4算法的FPGA实现方案存在数据处理速度不够高和逻辑资源占用过高的问题,提出了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高性能、低资源消耗的SM4算法实现方案。所提方案采用循环密钥扩展与32级流水线加解密相结合的架构,循环密钥扩展的方式... 详细信息

针对SM4算法的FPGA实现方案存在数据处理速度不够高和逻辑资源占用过高的问题,提出了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高性能、低资源消耗的SM4算法实现方案。所提方案采用循环密钥扩展与32级流水线加解密相结合的架构,循环密钥扩展的方式降低了逻辑资源消耗,32级流水线加解密的方式提高了数据吞吐率。同时,所提方案采用代数式S盒并通过合并线性运算以及在不可约多项式的合并矩阵中筛选最优矩阵运算的方式进一步减少S盒变换的运算量,从而达到降低逻辑资源占用与提高工程数据吞吐率的目的。测试结果显示,该方案比现有最佳方案在数据吞吐率上提升了43%,且资源占用率降低了10%。

关键词： SM4算法 FPGA实现流水线架构代数式S盒

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

基于塔域的SM4算法快速软件实现

密码学报 2022年第6期9卷 1081-1098页

作者：王磊龚征刘哲陈锦海郝金福华南师范大学计算机学院广州510631 南京航空航天大学计算机科学与技术学院南京211106 密码科学技术国家重点实验室北京100878

传统上的sm4软件优化采用查表法,其性能受到cache大小制约,而且易遭到缓存-计时攻击.本文给出了面向SIMD实现的sm4的S盒优化实现,基于塔域优化技术,将sm4的8比特S盒布尔表达式结果的比特切片门复杂度从497降低到115.使用SIMD技术的AVX51... 详细信息

传统上的sm4软件优化采用查表法,其性能受到cache大小制约,而且易遭到缓存-计时攻击.本文给出了面向SIMD实现的sm4的S盒优化实现,基于塔域优化技术,将sm4的8比特S盒布尔表达式结果的比特切片门复杂度从497降低到115.使用SIMD技术的AVX512指令集和比特切片技术实现512组sm4分组消息的并行加解密.基于OpenSSL开源库完成了快速sm4不同工作模式和多线程下加密的性能测速.在Intel Core i7-11800H@2.3 GHz处理器上使用本方案对SM4算法进行的软件优化实现,其ECB模式在单线程下的加密峰值速度达到了6671 Mbps.同已公开文献中的最优实现性能2580 Mbps(Intel Core i7-7700HQ@2.8 GHz)/3306 Mbps(Intel Core i7-11800H@2.3 GHz)相比,性能提升了159%/101%.

关键词： SM4算法比特切片 SIMD 塔域实现

基于通用计算平台sm4-CTR算法并行实现与优化

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

密码学报 2022年第4期9卷 663-676页

作者：李晓东胡一鸣池亚平钱榕张健毅北京电子科技学院北京100070

随着大数据、云计算、5G通信技术的迅速发展,数据传输安全问题日益凸显,密码算法的设计和高效实现变得尤为重要,能高速运行的国产密码算法已成为保护国家安全的关键.与此同时,原本只用于图像计算的硬件GPU,在编程模型CUDA发布后就成为... 详细信息

随着大数据、云计算、5G通信技术的迅速发展,数据传输安全问题日益凸显,密码算法的设计和高效实现变得尤为重要,能高速运行的国产密码算法已成为保护国家安全的关键.与此同时,原本只用于图像计算的硬件GPU,在编程模型CUDA发布后就成为通用的、普及化的算力资源.本文基于通用的计算机平台,提出了利用其本地GPU进行CTR工作模式下SM4算法高速加解密的并行实现和优化方案.实验表明,本文提出的sm4-CTR并行加解密方案能够有效提高SM4算法的运行效率,在通用的计算机平台上,能够达到40倍加速比,加解密速率达到了14.192 Gbps.实验中还分析了线程块划分对GPU并行加速效果的影响,最优线程块大小为128到512,且必须为32的整倍数.最后,基于本文实验的结果与其他团队的优化sm4方案进行对比,包括传统工作模式下利用CPU、GPU优化的方案和利用软件快速实现的方案,对比结果显示即便之前团队的方案运行的平台硬件条件好于本文实验环境,文中提出的方案运行速率依然能做到大幅领先.因此,本文方案在安全性、运算速率提高的同时适用平台也更加广泛,在实际生活中针对大数据和个人数据的安全保护中必将发挥巨大的作用.

关键词： SM4算法 CTR模式 CUDA GPU加速并行算法通用计算机平台

面向SIMD指令集的SM4算法比特切片优化

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

计算机研究与发展 2023年

作者：王闯丁滟黄辰林宋连涛国防科技大学计算机学院

SM4算法是中国自主设计的商用分组密码算法，其加解密计算性能成为影响信息系统数据机密性保障的重要因素之一.现有SM4算法优化主要面向硬件设计和软件查表等方向展开研究，分别存在依赖特定硬件环境、效率低下且易遭受侧信道攻击等问题... 详细信息

SM4算法是中国自主设计的商用分组密码算法，其加解密计算性能成为影响信息系统数据机密性保障的重要因素之一.现有SM4算法优化主要面向硬件设计和软件查表等方向展开研究，分别存在依赖特定硬件环境、效率低下且易遭受侧信道攻击等问题.比特切片技术通过对输入数据重组实现了并行化高效分组密码处理，并且可以抵御针对缓存的侧信道攻击.然而现有切片分组密码研究对硬件平台相关性强、处理器架构支持单一，并且并行化处理流水启动较慢，面向小规模数据的加解密操作难以充分发挥单指令多数据(single instruction multiple data，SIMD)等先进指令集的优势.针对上述问题，首先提出了一种跨平台的通用切片分组密码算法模型，支持面向不同的处理器指令字长提供一致化的通用数据切片方法.在此基础上，提出了一种面向SIMD指令集的细粒度切片并行处理sm4优化算法，通过细粒度明文切片重组与线性处理优化有效缩短算法启动时间.实验结果表明，相比查表SM4算法，优化的sm4比特切片算法加密速率最高可达438.0 MBps，加密每字节所需的时钟周期最快高达7.0 CPB(cycle/B)，加密性能平均提升80.4%～430.3%.

关键词： SM4算法性能优化比特切片侧信道攻击 SIMD指令集