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减轮Fruit算法的cube攻击

密码学报 2017年第6期4卷 528-536页

作者：孙移盛清华大学计算机科学与技术系北京100084

cube攻击是由Dinur和Shamir在2009年的欧密会上提出的一种代数攻击方法,它旨在从目标加密算法中提取关于未知变量的线性关系,而难点是在寻找有效的cube.超轻量级序列密码具有速度快,功耗低,便于硬件实现等优点,市场对超轻量级序列密码... 详细信息

cube攻击是由Dinur和Shamir在2009年的欧密会上提出的一种代数攻击方法,它旨在从目标加密算法中提取关于未知变量的线性关系,而难点是在寻找有效的cube.超轻量级序列密码具有速度快,功耗低,便于硬件实现等优点,市场对超轻量级序列密码的需求很大,使得密码学界对超轻量级序列密码算法的研究更加深入.2015年Armknetcht等人对轻量级序列密码提出了一个新的设计方向,在每轮密钥流比特的生成过程中重复使用初始密钥比特,并基于此想法设计了一个超轻量级序列密码算法Sprout,使得内部状态大小与密钥大小相同,打破了超轻量级序列密码设计的瓶颂.Fruit是2016年由Ghafari等设计的一种超轻量级流密码,其设计目的是在保证内部状态很小的同时能避免时间-存储-数据折衷攻击.本文对减轮的流密码Fruit作cube攻击,在随机选取cube方法的基础上提出一些寻找cube的新想法,并最终对减轮的83轮(最高可到86轮)Fruit算法做cube攻击求得80个密钥中的17个密钥,比穷尽搜索降低了2^(17)的复杂度.并发现找到的线性多项式只与密钥的后17比特有关,没有发现关于密钥前63比特的线性表示,Fruit算法的轮密钥函数导致的结果,对轮密钥函数的分析有很好的借鉴意义.

关键词：流密码 Fruit算法 cube攻击

对Grain-v1算法的时空折中cube攻击

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密码学报 2015年第3期2卷 235-244页

作者：任泉宇孙宇王永娟解放军外国语学院语言工程系解放军73631部队

cube集合的选取是cube攻击中的关键问题,也是最耗时的阶段.本文采用时空折中思想,设计一种新的搜索算法.选择一个维度较大的指标集,进行一次标准cube攻击,同时存储该指标集每个向量对应的cube和,对指标集的每个子集求取cube和时,只需将... 详细信息

cube集合的选取是cube攻击中的关键问题,也是最耗时的阶段.本文采用时空折中思想,设计一种新的搜索算法.选择一个维度较大的指标集,进行一次标准cube攻击,同时存储该指标集每个向量对应的cube和,对指标集的每个子集求取cube和时,只需将相应向量对应值相加即可,这样通过对一个cube集合的运算,可以诱导出多个线性方程.将此方法应用到缩减轮数的Grain-v1算法,对于初始化轮数为70轮的Grain-v1算法,可直接恢复18比特密钥,并找到关于另外28比特密钥的5个线性表达式.对于初始化轮数为75轮的Grain-v1算法,可以直接恢复14比特密钥,并找到了关于另外28比特密钥的6个线性表达式.

关键词： cube攻击 Grain-v1算法时空折中 cube和

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对序列密码算法的改进cube攻击

计算机工程与应用 2015年第21期51卷 111-115页

作者：丁立人王永娟洛阳外国语学院研究生系河南洛阳471003 洛阳外国语学院语言工程系河南洛阳471003

cube攻击是近来年兴起的攻击手段,针对序列密码算法提出改进的cube攻击。将代数攻击与cube相结合,把代数攻击作为cube攻击的基础,以降低cube攻击的复杂度。在前人研究的基础上对零化子与cube攻击的结合方式进行扩展,将改进的攻击应用于L... 详细信息

cube攻击是近来年兴起的攻击手段,针对序列密码算法提出改进的cube攻击。将代数攻击与cube相结合,把代数攻击作为cube攻击的基础,以降低cube攻击的复杂度。在前人研究的基础上对零化子与cube攻击的结合方式进行扩展,将改进的攻击应用于Lili-128算法上,仅用三维cube集合在数据复杂度210之内即可恢复88比特密钥。

关键词： cube攻击代数攻击零化子结合序列密码

对PRINCE和PRESENT算法的cube攻击

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对PRINCE和PRESENT算法的Cube攻击

作者：成磊国防科学技术大学

学位级别：硕士

随着物联网的快速发展,轻量级密码算法受到越来越多的关注.轻量级分组密码算法不断提出,如PRINCE算法,PRESENT算法等等.轻量级分组密码分析已经成为促进分析学发展的重要方向.cube攻击是近年来提出的攻击方式.本文考虑对两种轻量级密码... 详细信息

随着物联网的快速发展,轻量级密码算法受到越来越多的关注.轻量级分组密码算法不断提出,如PRINCE算法,PRESENT算法等等.轻量级分组密码分析已经成为促进分析学发展的重要方向.cube攻击是近年来提出的攻击方式.本文考虑对两种轻量级密码算法——PRINCE算法和PRESENT算法的cube攻击,有以下结果:(1)利用扩散结构和分而治之思想对2轮PRINCE算法所有cube项进行搜索,并对2轮PRINCE算法攻击,恢复48比特密钥需要选择明文数量为210.658.考虑旁路攻击中cube攻击变种——基于汉明重量的cube攻击,对2轮PRINCE算法分析,恢复64比特全部密钥需要211.8517选择明文.最后,对2轮PRINCE算法三种不同模型下所有cube项维数分布进一步研究.(2)对3轮PRESENT算法进行cube攻击,搜索1000个cube项需要20分钟左右.恢复32比特种子密钥需要选择明文27.13,低于已有的攻击结果.首次基于cube区分器想法,对5轮PRESENT算法扩展cube攻击.利用3轮cube项作为区分器结合编码理论唯一筛选正确猜测密钥.恢复32比特种子密钥和21个猜测轮密钥需要选择明文数据量为28.39和计算复杂度为229.39.

关键词： PRINCE PRESENT cube攻击 cube项分布 cube区分器

Trivium算法的Fault cube攻击与可滑动对研究

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Trivium算法的Fault Cube攻击与可滑动对研究

作者：曾文解放军信息工程大学

学位级别：硕士

Trivium是eSTREAM计划最终推荐的首选算法,作为序列密码设计领域一种划时代设计方式的杰出代表, Trivium引起了密码学界的高度关注,近几年来一直是密码领域,特别是密码分析领域的研究热点. Trivium的设计将循环更新内部状态和非线性反... 详细信息

Trivium是eSTREAM计划最终推荐的首选算法,作为序列密码设计领域一种划时代设计方式的杰出代表, Trivium引起了密码学界的高度关注,近几年来一直是密码领域,特别是密码分析领域的研究热点. Trivium的设计将循环更新内部状态和非线性反馈进行了巧妙的结合,使得其表面上看来结构简单,而事实上安全性却非常高.这种崭新的序列密码设计方式充分认识到了早期线性密码设计的不足,吸收了分组密码的一些优秀的设计思想,同时还充分考虑到了算法抗现有攻击方法的能力,特别是抗代数攻击、相关攻击和差分分析的能力.从2005年Trivium算法提出至今,虽然一些Trivium的变种算法得到了有效的攻击,但是完整Trivium算法的安全性依然不减.本文主要在前人工作的基础上继续对Trivium算法进行了如下三个方面的研究: 1.基于cube攻击和fault分析的方法,本文创新性地提出了fault cube攻击的方法,利用在合适的位置嵌入fault的方式将一些初始化拍数退化的Trivium变种算法截成初始化拍数相对较少的两部分,然后充分利用cube攻击对两个部分分别进行攻击,最后通过fault位置将两个部分的cube攻击合并为对整体的一个攻击.该方法利用fault分析对cube攻击进行了有效的改进,可以对1056拍以下初始化的Trivium变种算法进行有效攻击,攻击的计算复杂度不超过O(253). 2.在Trivium的设计中存在一种有趣且很有意义的现象,某些不同的key/IV对可以产生仅相差若干比特移位的密钥流,从这个意义上来说,这些不同的key/IV对其实是平移等价的,本文将其称为可滑动key/IV对.基于SAT方法有效求解描述可滑动key/IV对的非线性方程,本文找到了相差195比特移位以内的多个可滑动key/IV对.与已有结果相比,本文找到的可滑动key/IV对的数量和寻找效率均有很大提高. ***的选择IV统计分析一直是早期Trivium分析中研究的热点之一,经过众多密码学者的拓展和完善,目前已形成了一种典型的选择IV统计分析框架,但是在该框架中考虑的仅仅是单个密钥流比特代数正规型的相关密码学性质.本文在此框架的基础上考虑一串相对较长的密钥流比特的代数正规型的密码学性质,提出了一种选择IV统计分析的新框架,对目前的Trivium选择IV统计分析结果进行了有效的改进.

关键词： Trivium cube攻击 fault嵌入 MiniSat SAT 可滑动对密码分析

Trivium-like算法中可滑动cube的研究

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密码学报 2020年第1期7卷 69-82页

作者：曾凡洋田甜战略支援部队信息工程大学郑州450001

对于Trivium-like算法,cube攻击是最有效的攻击手段之一.在传统cube攻击中,攻击者主要利用线性检测等方法来寻找具有低次超多项式的cube.实验结果表明存在IV变元子集I1=(vi1,vi2,…,vid)和I2=(vi1-1,vi2-1,…,vid-1)满足pI2(k0,k1,…,kn-2)=σ(pI1(k1,k2,…,kn-1)),其中ki表示密钥变元,pI1是cube CI1对于t时刻输出比特zt的超多项式,pI2是cube CI2对于t+1时刻的输出比特zt+1的超多项式,并且变换\sigma将ki映射到ki-1.在本文中,称这种性质为cube的可滑动性.我们研究了Trivium-like算法的攻击中cube的可滑动性.特别地,我们给出了cube具有可滑动性的一个充分条件.此外,我们将充分条件的判断,转化到求解混合整数线性规划(MILP)模型,在实际中能够快速判断出具有滑动性的cube.最后,我们将充分条件应用到实验cube攻击、基于分离性质的cube攻击和相关cube攻击的已有结果,验证了方法的正确性并在实验cube攻击中得到了一个803-轮Trivium的新结果.

关键词： cube攻击可滑动cube Trivium-like算法

代数次数的求解算法及其在SIMON-like算法中的应用

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软件学报 2020年第8期31卷 2453-2464页

作者：任炯炯李航林键陈少真战略支援部队信息工程大学河南郑州450001 数学工程与先进计算国家重点实验室河南郑州450001

代数次数作为布尔函数重要的密码学指标,在密码算法的设计与分析中有着重要的应用.主要研究布尔函数代数次数的求解及其在分组密码SIMON-like算法中的应用.首先,在利用真值表求解代数正规型算法的基础上建立了基于CUDA的并行求解架构,... 详细信息

代数次数作为布尔函数重要的密码学指标,在密码算法的设计与分析中有着重要的应用.主要研究布尔函数代数次数的求解及其在分组密码SIMON-like算法中的应用.首先,在利用真值表求解代数正规型算法的基础上建立了基于CUDA的并行求解架构,协同利用CPU和GPU的计算资源,极大地缩短了求解代数次数的时间,在较短的时间内求解了SIMON32算法和SIMECK32算法任意轮数的代数正规型和代数次数;其次,在cube攻击理论的基础上,根据代数次数和超多项式取值之间的关系,设计了估计代数次数的概率算法,估计了一般SIMON-like算法布尔函数的代数次数;最后,从布尔函数代数次数的角度出发,给出了SIMON-like算法在选择不同循环移位参数表现的差异性,进而给出循环移位参数的选取依据.实验结果表明,SIMON算法在原始参数下,达到最大代数次数所需的轮数最短,原始参数具有更高的安全性.

关键词：布尔函数代数次数 SIMON-like算法 CUDA cube攻击参数评估