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轻量级认证加密算法Spook的相关能量分析

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计算机仿真 2023年第8期40卷 294-301页

作者：潘力韦永壮桂林电子科技大学广西密码学与信息安全重点实验室广西桂林541004

相关能量分析(Correlation Power Analysis,CPA)是主流的侧信道分析方法之一,其攻击成本较低廉,对密码设备有致命威胁。2020年,Bellizia等人提出了轻量级认证加密算法Spook,并声称算法抗侧信道攻击。但上述算法抵御CPA的能力有待分析。... 详细信息

相关能量分析(Correlation Power Analysis,CPA)是主流的侧信道分析方法之一,其攻击成本较低廉,对密码设备有致命威胁。2020年,Bellizia等人提出了轻量级认证加密算法Spook,并声称算法抗侧信道攻击。但上述算法抵御CPA的能力有待分析。基于Spook算法结构及其S盒实现特点,提出了一种CPA攻击方法:利用汉明重量模型刻画其运行时的功耗特征,将S盒输出值映射为假设功耗,并与真实功耗计算相关性,恢复出密钥。实验表明:当S盒采用查找表时,通过采集Clyde-128部件泄露的789条能量迹,可在1分钟内捕获主密钥。当攻击Shadow-512部件时,可恢复部分内部敏感信息,并能求解出相应的128比特明文。另外还分别对比了S盒层采用查找表和切片技术实现时上述算法的安全性能。实验表明在无防护时Spook无法抵御CPA攻击。

关键词：相关能量分析加密算法侧信道攻击汉明重量模型

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SM4算法门限掩码方案设计与实现

计算机应用研究 2022年第2期39卷 572-576页

作者：武小年李金林潘晟李俊榜张润莲桂林电子科技大学广西密码学与信息安全重点实验室广西桂林541004

侧信道分析已严重威胁到密码算法应用安全,为提高SM4算法抵御侧信道分析的能力,提出一种门限掩码方案。首先,完成对SM4算法S盒的复合域分解;其次,基于二共享设计门限掩码方案,使用随机数将S盒输入进行二共享拆分,通过复合域运算和S盒门... 详细信息

侧信道分析已严重威胁到密码算法应用安全,为提高SM4算法抵御侧信道分析的能力,提出一种门限掩码方案。首先,完成对SM4算法S盒的复合域分解;其次,基于二共享设计门限掩码方案,使用随机数将S盒输入进行二共享拆分,通过复合域运算和S盒门限掩码进行电路重构,并基于S盒复用降低硬件开销;最后进行线性层操作后将两个输出结果通过异或完成去掩码操作。对SM4算法门限掩码方案的FPGA实现仿真结果和安全性测试结果表明,本掩码方案能够有效抵抗CPA攻击,实现面积相对较低。

关键词： SM4 门限掩码复合域 S盒现场可编程门阵列

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基于深度学习的差分神经区分器求解方法

计算机工程与设计 2023年第6期44卷 1629-1634页

作者：蒋若怡韦永壮王慧娇桂林电子科技大学广西密码学与信息安全重点实验室广西桂林541004

针对差分神经区分器中准确率随着密码算法轮数增加而快速降低的问题,提出一种差分神经区分器求解方法。将深度学习技术与多差分密码分析相结合,通过采用神经网络拟合密码算法的多输入及多输出差分,设计多差分神经区分器通用模型。该模... 详细信息

针对差分神经区分器中准确率随着密码算法轮数增加而快速降低的问题,提出一种差分神经区分器求解方法。将深度学习技术与多差分密码分析相结合,通过采用神经网络拟合密码算法的多输入及多输出差分,设计多差分神经区分器通用模型。该模型中所使用的输入参数被设置为多个明文差分、相应的密文及密文差分。将其应用于分析Speck32/64及Simon32/64密码算法,结果表明,Speck32/64的5至7轮区分器准确率均有显著提升;Simon32/64的密码区分器轮数从9轮提升至10轮,说明该方法的有效性。

关键词：分组密码差分密码分析神经区分器深度学习多差分准确率构建参数

多智能体系统基于自适应控制下的二分-分量一致性

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控制与决策 2024年第5期39卷 1754-1760页

作者：华彩凤马忠军李科赞桂林电子科技大学数学与计算科学学院广西桂林541004 桂林电子科技大学广西应用数学中心广西桂林541004 桂林电子科技大学广西密码学与信息安全重点实验室广西桂林541004

二分-分量一致性是指网络系统中部分具有相似特性智能体的某些分量随时间推移趋于相同的值,而剩余智能体的某些分量则随时间趋于相反的值,是一种弱于恒同一致和二分一致的动力学行为.为此,对符号网络上非线性多智能体系统的二分-分量一... 详细信息

二分-分量一致性是指网络系统中部分具有相似特性智能体的某些分量随时间推移趋于相同的值,而剩余智能体的某些分量则随时间趋于相反的值,是一种弱于恒同一致和二分一致的动力学行为.为此,对符号网络上非线性多智能体系统的二分-分量一致性问题展开研究.首先,针对多智能体系统中各智能体之间存在的合作关系或竞争关系,设计有效的自适应牵制控制器;随后,基于Lyapunov稳定性理论和矩阵理论,导出该非线性系统二分-分量一致性得以实现的充分条件;最后,通过数值模拟验证理论结果.

关键词：网络系统非线性多智能体系统自适应控制二分-分量一致

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ACE密码算法的积分分析

电子与信息学报 2021年第4期43卷 908-914页

作者：叶涛韦永壮李灵琛桂林电子科技大学广西无线宽带通信与信号处理重点实验室桂林541004 桂林电子科技大学广西密码学与信息安全重点实验室桂林541004

ACE是国际轻量级密码算法标准化征集竞赛第2轮候选算法之一。该算法具有结构简洁,软硬件实现快、适用于资源受限环境等特点,其安全性备受业界广泛关注。该文引入字传播轨迹新概念,构建了一个传播轨迹的描述模型,并给出一个可以自动化评... 详细信息

ACE是国际轻量级密码算法标准化征集竞赛第2轮候选算法之一。该算法具有结构简洁,软硬件实现快、适用于资源受限环境等特点,其安全性备受业界广泛关注。该文引入字传播轨迹新概念,构建了一个传播轨迹的描述模型,并给出一个可以自动化评估分组密码算法抵抗积分攻击能力的方法。基于ACE算法结构特点,将该自动化搜索方法应用于评估ACE算法的安全性。结果表明:ACE置换存在12步的积分区分器,需要的数据复杂度为2^(256),时间复杂度为2^(256)次12步的ACE置换运算,存储复杂度为8 Byte。相比于ACE算法设计者给出的积分区分器,该新区分器的步数提高了4步。

关键词：积分区分器混合整数线性规划自动化分析方法 ACE置换

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轻量级分组密码算法DoT的模板攻击

计算机工程 2021年第3期47卷 155-159,165页

作者：孙家异韦永壮桂林电子科技大学广西密码学与信息安全重点实验室广西桂林541004

模板攻击是一种重要的侧信道分析方法,其在实际密码算法破译中具有较强的区分能力。轻量级分组密码算法DoT在硬件和软件实现中都表现出优秀的性能,尽管目前针对DoT算法的传统数学攻击已经取得了一定效果,但是该算法在具体实现中是否足... 详细信息

模板攻击是一种重要的侧信道分析方法,其在实际密码算法破译中具有较强的区分能力。轻量级分组密码算法DoT在硬件和软件实现中都表现出优秀的性能,尽管目前针对DoT算法的传统数学攻击已经取得了一定效果,但是该算法在具体实现中是否足以抵御侧信道攻击仍有待研究。基于DoT算法结构及其S盒特点,提出一种针对DoT算法的模板攻击方法。基于汉明重量模型来刻画加密算法运行时的能耗特征,将S盒输出值的具体分布作为中间状态值构造区分器,从而进行密钥恢复。测试结果表明,该模板攻击仅需6组明文就可恢复出8 bit密钥信息,DoT密码算法在该模板攻击下具有脆弱性。

关键词： DoT密码算法模板攻击汉明重量掩码侧信道攻击

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对一种白盒SM4方案的差分计算分析

软件学报 2023年第8期34卷 3891-3904页

作者：原梓清陈杰综合业务网理论及关键技术国家重点实验室(西安电子科技大学) 陕西西安710071 广西密码学与信息安全重点实验室(桂林电子科技大学) 广西桂林541004

传统密码算法的安全性建立在黑盒攻击模型下.在这种攻击模型下,攻击者只能获取密码算法的输入输出,而无法得知密码算法运行时的内部细节.近年来白盒攻击模型的概念被提出.在白盒攻击模型下,攻击者既可以获取密码算法的输入输出,也可以... 详细信息

传统密码算法的安全性建立在黑盒攻击模型下.在这种攻击模型下,攻击者只能获取密码算法的输入输出,而无法得知密码算法运行时的内部细节.近年来白盒攻击模型的概念被提出.在白盒攻击模型下,攻击者既可以获取密码算法的输入输出,也可以直接观测或更改密码算法运行时的内部数据.为保证已有密码算法在白盒攻击环境下的安全性,在不改变其功能的基础上通过白盒密码技术对其进行重新设计被称为已有密码算法的白盒实现.研究白盒实现方案的设计与分析对于解决数字版权管理问题具有重要意义.近年来,出现了一类针对白盒实现方案的旁信道分析方法.这类分析手段只需要知道很少白盒实现方案的内部细节,却可以提取到密钥,因此是一类对现有白盒实现方案具有实际威胁的分析手段.对现有白盒实现方案进行此类分析对于确保方案安全性具有重要现实意义.此类分析方法中的典型代表是基于差分功耗分析原理的差分计算分析.基于差分计算分析,对白-武白盒SM4方案进行了安全性分析.基于对GF(2)上n阶均匀随机可逆矩阵统计特征的研究结果,提出了一种改进型差分计算分析(IDCA),可以在分析成功率几乎不变的前提下显著提升分析效率.结果表明,白-武白盒SM4方案在面对差分计算分析时不能保证安全性,必须对其进行进一步改进使之满足实际应用场景下的安全性需求.

关键词：白盒密码白盒实现 SM4算法旁信道分析差分计算分析

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基于多源数据聚合的神经网络侧信道攻击

计算机研究与发展 2024年第1期61卷 261-270页

作者：张润莲潘兆轩李金林武小年韦永壮密码学与信息安全重点实验室(桂林电子科技大学) 广西桂林541004

基于深度学习的侧信道攻击需要针对密码算法的每一个密钥字节建模并训练,数据采集和模型训练开销大.针对该问题,提出一种基于多源数据聚合的神经网络侧信道攻击方法.为筛选具有良好泛化效果的密钥字节泄露数据进行数据聚合,以AES-128算... 详细信息

基于深度学习的侧信道攻击需要针对密码算法的每一个密钥字节建模并训练,数据采集和模型训练开销大.针对该问题,提出一种基于多源数据聚合的神经网络侧信道攻击方法.为筛选具有良好泛化效果的密钥字节泄露数据进行数据聚合,以AES-128算法为例,先基于16个密钥字节的泄露数据训练16个单密钥字节模型,分别实现对16个密钥字节的恢复;其次,设计一种打分机制评估各单密钥字节模型的泛化效果,通过得分排序筛选出对各密钥字节恢复效果最好的单密钥字节模型;最后,以筛选模型所对应的各密钥字节泄露数据集构建多源数据聚合模型进行训练,实现密钥恢复.实验测试结果表明,多源数据聚合模型具有良好的泛化效果,有效提高了密钥恢复的准确率和效率,降低了恢复密钥所需的能量迹数量,其在采集能量迹较少的情况下依然具有较好的攻击效果.

关键词：侧信道攻击神经网络打分机制数据聚合数据标签

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密码S盒的一种新自动搜索方法

计算机研究与发展 2020年第7期57卷 1415-1423页

作者：张润莲孙亚平韦永壮李迎新广西密码学与信息安全重点实验室(桂林电子科技大学) 广西桂林541004 广西高校云计算与复杂系统重点实验室(桂林电子科技大学) 广西桂林514004

密码S盒是许多对称密码算法的核心部件,通常决定算法的安全强度.如何设计并确保密码S盒具有一定能力抵御侧信道攻击(如功耗攻击)一直是业界研究的难点.在密码S盒的设计中,除了传统的代数构造外,采用自动搜索工具(如元胞自动机(cellular ... 详细信息

密码S盒是许多对称密码算法的核心部件,通常决定算法的安全强度.如何设计并确保密码S盒具有一定能力抵御侧信道攻击(如功耗攻击)一直是业界研究的难点.在密码S盒的设计中,除了传统的代数构造外,采用自动搜索工具(如元胞自动机(cellular automata, CA))进行搜索设计也是当前研究热点之一.基于CA规则,采用变元分量部分固定和分别搜索的策略,提出了一种S盒新搜索方法.研究结果表明:更多的4×4最优S盒被发现,实现S盒的扩展;特别地,该方法还可以将CA规则下3类4×4次优S盒转化为4×4最优S盒.与已有结果相比较,新发现的4×4最优S盒具有较低透明阶等优点,能更好地抵御侧信道攻击.

关键词： S盒元胞自动机透明阶侧信道攻击自动搜索