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yoyo攻击在两种常见分组密码结构中的应用

yoyo攻击在两种常见分组密码结构中的应用

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作者：张丹珣河南师范大学

学位级别：硕士

yoyo攻击是一种基于截断差分的分组密码分析技术,近几年以低数据和低计算复杂度的特点被越来越多的密码分析工作者们所熟知.在具体的密码分析中,攻击者可以根据每一个目标结构的特点为其提供最适合的yoyo攻击模型.本文利用yoyo攻击对Lai... 详细信息

yoyo攻击是一种基于截断差分的分组密码分析技术,近几年以低数据和低计算复杂度的特点被越来越多的密码分析工作者们所熟知.在具体的密码分析中,攻击者可以根据每一个目标结构的特点为其提供最适合的yoyo攻击模型.本文利用yoyo攻击对Lai-Massey结构和收缩Feistel结构的安全性进行了分析,主要研究成果如下:针对Lai-Massey结构的yoyo攻击:在内部变换是仿射正形变换的情况下,本研究为3轮Lai-Massey结构提供了一个改进的yoyo区分器,并在此基础上首次给出3轮Lai-Massey结构和4轮Lai-Massey结构的秘密轮函数恢复攻击.在攻击3轮Lai-Massey结构的第一轮的过程中,我们发现正确对具有的性质以及明文方程的特点大大限制了yoyo game产出有效正确对的效率,且以一个正确对为起点的yoyo game能够提供的有效方程个数最多为2,无法为第一轮轮函数提供满秩方程组.为了解决这一问题,一个自然的想法是在攻击过程中使用多次yoyo game.考虑到降低攻击的复杂度,我们深入剖析正确对在yoyo game中的演变,通过将密文空间和明文空间先后划分为2~n个子集为我们的yoyo攻击提供新的视角.在这一新视角下,我们的攻击得到了两方面的改进.一方面,我们在yoyo game的开端处设置自定义密文池,与随机选择相比,密文池的建立大大降低了寻找正确对的数据量和计算量.此外,yoyo game的内部过滤器可以借助简单的异或计算筛选掉所有错误对,即省去了求解错误方程所需的计算量.另一方面,我们为降低yoyo game的使用次数提供了行之有效的选择方案,很大程度地减少了复杂度的消耗.在剥去第一轮后,3轮Lai-Massey结构的剩余两轮轮函数的查找表可以通过控制剩余结构的输入并访问输出的方式恢复.基于上述研究,4轮Lai-Massey结构上的恢复攻击方案是首先构造用于剥去第四轮的新的yoyo攻击,然后借助3轮Lai-Masey结构上的恢复攻击方案分解其余三轮.总的来说,完全恢复4轮Lai-Masey结构需要O(k2)的计算复杂度和O(2)的存储复杂度,其中n≤kyoyo攻击:首先,通过选定一个具有特定差分的正确对为起点构造yoyo game,本攻击直接省去了筛选错误对所需的复杂度并在此基础上恢复了7轮收缩Feistel结构的第一、二、六、七轮秘密轮函数.其次,将首尾四轮已恢复的秘密轮函数剥去,使用控制剩余结构的输入并访问输出的方式恢复剩余三轮的秘密轮函数.整个攻击需要O(2)的存储和O(n2)的计算复杂度.

关键词：分组密码 yoyo攻击 Lai-Massey结构收缩Feistel结构结构攻击

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yoyo攻击方法的研究及应用

Yoyo攻击方法的研究及应用

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作者：侯涛战略支援部队信息工程大学

学位级别：硕士

在分组密码分析中,yoyo攻击是一类既可以用于密码结构分析,又可以用于密钥恢复的攻击方法,该方法最为突出的特点是具有低数据和计算复杂度,因此近年来吸引了大量学者研究兴趣。至今,yoyo攻击已成为评估密码算法安全性的重要工具之一。... 详细信息

在分组密码分析中,yoyo攻击是一类既可以用于密码结构分析,又可以用于密钥恢复的攻击方法,该方法最为突出的特点是具有低数据和计算复杂度,因此近年来吸引了大量学者研究兴趣。至今,yoyo攻击已成为评估密码算法安全性的重要工具之一。本文对yoyo攻击方法展开研究,将该方法用于密码结构分析及具体算法密钥恢复,取得下列研究成果:给出适用于第二类广义Feistel结构(Type-II结构)的yoyo攻击:本文对保密内部函数的7轮Type-II结构进行了恢复,通过分析不动点的出现概率和yoyo圈中存在个数,给出了Type-II结构的yoyo圈长刻画,证明了每个正确起点的yoyo圈平均提供的有效方程量为2个,难以构成满秩方程组,因此使用单个yoyo迭代圈往往只能提供恢复内部函数查找表的部分值;本文进而提出短圈判定技术,给出判定部分恢复的查找表的正确性条件,提出利用多个yoyo圈在正确查找表上共同恢复内部函数的方法。实验表明,当内部函数为7比特时,原yoyo在恢复Type-II内部函数所用的时间是本文攻击方法的9倍,从已有实验结果来看,随着内部函数规模增大,本文攻击方法效率提升将更加明显。利用yoyo攻击给出减轮3D算法和减轮Saturnin算法的最佳现实可行复杂度的密钥恢复攻击:本文提出的方法首次在现实可行的复杂度条件下攻破了7轮3D算法和5轮Satunin算法。对7轮3D算法,本文首先利用超级S盒和巨型S盒建立了6轮yoyo区分器,该区分器只需要1个选择明密文对和1次加解密。在此区分器基础上,本文结合中间相遇方法提出了7轮3D算法密钥恢复攻击,该攻击需要2 选择明密文对,2存储空间和O(2)次加解密计算。对5轮Saturnin算法,本文用类似的方式找到了4超级轮区分器并在此基础上完成5超级轮密钥恢复攻击,该攻击恢复完整256比特密钥的数据复杂度为2选择明密文对,时间复杂度为O(2)超级轮加密计算。提出密钥集缩减技术:在Saturnin算法的设计报告中,对比算法描述,我们发现其程序实现部分(文献[42]中算法1)遗漏了奇数轮指标的S层,这使得该算法一个超级轮中仅含单个S层,我们称之为单S层版本。针对这种单S层版本Saturnin算法,本文提出密钥集缩减技术以降低yoyo攻击复杂度。该技术主要思想是通过选择零差分元胞数较多的返回明文对降低密钥穷举量,使用多数据过滤,进而逐步缩减候选密钥集。使用该技术完成5超级轮密钥恢复攻击大约需要2选择明密文对和O(2)超级轮加密。结合中间相遇技术后,可以将数据复杂度降为2选择明密文对,时间复杂度与Saturnin原版攻击一致,由此佐证了设计一个超级轮包含两个S层的必要性。值得注意的是,密钥集缩减技术不使用关于超级S盒的性质,也不受限于yoyo攻击,在分析扩散性较强的算法时可以有效降低计算代价。

关键词：分组密码分析 yoyo攻击第二类广义Feistel结构 3D算法 Saturnin

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两种分组密码算法结构的yoyo攻击

两种分组密码算法结构的YOYO攻击

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作者：李文雅河南师范大学

学位级别：硕士

近些年,利用yoyo密码分析方法攻击分组密码非常流行.在本文中,我们选择对两种分组密码进行yoyo攻击,分别是第二类广义Feistel结构和一类Lai-Massey结构.针对轮函数未知的第二类广义Feistel结构(可简称type-II GFN),需要基于两个截断差... 详细信息

近些年,利用yoyo密码分析方法攻击分组密码非常流行.在本文中,我们选择对两种分组密码进行yoyo攻击,分别是第二类广义Feistel结构和一类Lai-Massey结构.针对轮函数未知的第二类广义Feistel结构(可简称type-II GFN),需要基于两个截断差分位置的特征和筛选技术进行研究.开始,我们期望可以通过两个截断差分特征来成功恢复5轮type-II GFN的所有轮函数.然而在研究过程中发现,如果在密文端添加一个人工的筛选,那么6轮type-II GFN也可以被恢复.因此,在yoyo攻击的过程中考虑筛选条件是十分重要的.第三章,我们用一般的yoyo攻击恢复5轮type-II GFN的所有轮函数,攻击的数据复杂度为2个自适应选择的明文,存储复杂度为O(3×2),时间复杂度为O(2).第四章,我们在对6轮type-II GFN进行yoyo攻击时,在其密文端增加一个筛选条件,先恢复第一轮的两个轮函数,再将第三章的攻击用于剩下的5轮结构.仅恢复一轮结构的攻击数据复杂度为2个自适应选择明文,存储复杂度为2,时间复杂度为O(2).第五章,我们对第四章中的攻击进行改进,仍保留筛选条件的使用,但不再利用第三章中的攻击.改进后的攻击数据复杂度为2个自适应选择明文,存储复杂度为O(2),时间复杂度为O(5×2).本文所攻击的第二种分组密码是一类Lai-Massey结构,称之为Lai-Massey-III.首先简化了Lai-Massey-III结构,并称简化后的结构为Lai-Massey-like结构.可发现,无论是几轮的结构,总满足某一截断差分特征.利用这一特点,用yoyo攻击恢复了Lai-Massey-like结构的所有轮函数,并将此攻击应用于Lai-Massey-III结构.相关描述具体在第六章,攻击的数据复杂度约为2个明文,存储复杂度为O(2),时间复杂度为O(k·2).因此,对于Serge Vaudenay所给出的Lai-Massey结构,σ运算应该被精心设计,否则将会受到yoyo攻击的安全威胁.

关键词： yoyo攻击第二类广义Feistel结构 Lai-Massey结构截断差分筛选技术

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