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几类密码算法的神经网络差分区分器的改进

西安电子科技大学学报 2024年第1期51卷 210-222页

作者：杨小雪陈杰西安电子科技大学通信工程学院陕西西安710071 河南省网络密码技术重点实验室河南郑州450001

为了进一步研究神经网络在密码分析方面的应用,利用深度残差网络和传统差分密码分析技术构造并改进了几类典型的轻量级分组密码算法的神经网络差分区分器。主要取得以下结果:①分别构造了4~7轮PRESENT、3轮KLEIN、7~9轮LBlock和7~10轮Si... 详细信息

为了进一步研究神经网络在密码分析方面的应用,利用深度残差网络和传统差分密码分析技术构造并改进了几类典型的轻量级分组密码算法的神经网络差分区分器。主要取得以下结果:①分别构造了4~7轮PRESENT、3轮KLEIN、7~9轮LBlock和7~10轮Simeck 32/64的神经网络差分区分器,并基于密码的分组结构分别进行了分析;②基于SPN结构分组密码的特点对PRESENT和KLEIN的神经网络差分区分器进行了改进,最多可提高约5.12%的准确率,并在对LBlock的神经网络差分区分器进行研究时验证得出这种改进方式不适用于Feistel结构的分组密码;③基于Simeck 32/64本身密码算法的特点对其神经网络差分区分器进行改进,提高了约2.3%的准确率。同时,将Simeck 32/64的改进方法与多面体差分分析进行结合,将已有的8轮和9轮Simeck 32/64多面体神经网络差分区分器的准确率提高了约1%和3.2%。最后,将实验中得到的3类神经网络差分区分器模型分别应用到11轮Simeck 32/64的最后一轮子密钥恢复攻击中,其中最佳的实验结果是在1000次攻击实验中以26.6的数据复杂度达到约99.4%的攻击成功率。

关键词：神经网络差分区分器轻量级分组密码部分密钥恢复攻击

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基于白盒CLEFIA实现的软件防篡改方案

信息网络安全 2023年第6期23卷 66-73页

作者：罗一诺姚思陈杰董晓丽西安电子科技大学通信工程学院西安710071 河南省网络密码技术重点实验室郑州100190 西安邮电大学网络空间安全学院西安710121

2002年,CHOW等人根据数字版权管理(Digital Rights Management,DRM)应用场景定义了白盒攻击环境的概念,并将其模型化为一种极端的攻击模型,即白盒模型。白盒模型颠覆了以往攻击模型中对攻击者能力的诸多限制,从软件保护角度考虑,攻击者... 详细信息

2002年,CHOW等人根据数字版权管理(Digital Rights Management,DRM)应用场景定义了白盒攻击环境的概念,并将其模型化为一种极端的攻击模型,即白盒模型。白盒模型颠覆了以往攻击模型中对攻击者能力的诸多限制,从软件保护角度考虑,攻击者被认为拥有对目标软件及其执行的完全控制权。因此,在白盒模型中,数字版权管理系统中的设备,如智能卡、机顶盒等都存在被攻击者篡改的可能。文章基于CLEFIA算法的白盒实现方案,为数字版权管理系统提供一种软件防篡改方案。该方案将软件的二进制代码文件所解释的查找表隐藏在CLEFIA算法的白盒实现方案的查找表集合中,使软件的防篡改安全性与CLEFIA算法的白盒实现方案的加解密正确性结合在一起。一旦软件发生篡改,CLEFIA算法的白盒实现方案的加解密结果将产生错误。CLEFIA算法白盒实现方案的明密文对也将发生变化,而攻击者很难对其进行修复。

关键词：软件防篡改白盒攻击环境白盒实现查找表 CLEFIA算法

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高精度可扩展的密态隐私保护语音分类

计算机科学与探索 2024年

作者：王雷蕾宋考张媛媛毕仁万熊金波福建省网络安全与密码技术重点实验室福建师范大学福建师范大学计算机与网络空间安全学院

为解决现有全同态加密技术在语音分类任务中计算效率和分类准确率均较低的挑战，提出一种高精度可扩展的密态隐私保护语音分类PPSC方案。首先，设计基于CKKS全同态加密技术两方服务器协同的安全乘法协议，因避免使用昂贵的自举操作，可... 详细信息

为解决现有全同态加密技术在语音分类任务中计算效率和分类准确率均较低的挑战，提出一种高精度可扩展的密态隐私保护语音分类PPSC方案。首先，设计基于CKKS全同态加密技术两方服务器协同的安全乘法协议，因避免使用昂贵的自举操作，可有效提升深层次密文乘法的计算效率，从而使得方案可扩展到更深层次的神经网络；基于上述架构设计安全指数、安全倒数以及安全比较等安全非多项式协议，相较于多项式近似拟合非多项式运算的方法，在提高计算精度的同时，降低了计算开销。其次，安全实现卷积层、ReLU层、平均池化层、全连接层、Softmax层等PPSC方案的基本模块，确保语音数据、语音模型和中间计算结果的隐私性。最后，从有效性和安全性等维度对PPSC方案进行了详尽的理论分析，证明安全乘法协议在更深层次的乘法运算中具有更高的运算效率。在Speech Command Database语音数据集上的实验结果表明，PPSC方案可以在保护数据和模型参数隐私的情况下实现有效的语音分类，其准确率相比于HEKWS方案提高3.57%。

关键词：全同态加密隐私保护两方协同语音分类安全计算协议

基于神经区分器的KATAN48算法条件差分分析方法

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计算机应用 2023年第8期43卷 2462-2470页

作者：林东东李曼曼陈少真信息工程大学网络空间安全学院郑州450001 密码科学技术全国重点实验室(国家密码管理局) 北京100878

针对KATAN48算法的安全性分析问题,提出了一种基于神经区分器的KATAN48算法条件差分分析方法。首先,研究了多输出差分神经区分器的基本原理,并将它应用于KATAN48算法,根据KATAN48算法的数据格式调整了深度残差神经网络的输入格式和超参... 详细信息

针对KATAN48算法的安全性分析问题,提出了一种基于神经区分器的KATAN48算法条件差分分析方法。首先,研究了多输出差分神经区分器的基本原理,并将它应用于KATAN48算法,根据KATAN48算法的数据格式调整了深度残差神经网络的输入格式和超参数;其次,建立了KATAN48算法的混合整数线性规划(MILP)模型,并用该模型搜索了前加差分路径及相应的约束条件;最后,利用多输出差分神经区分器,至多给出了80轮KATAN48算法的实际密钥恢复攻击结果。实验结果表明,在单密钥下,KATAN48算法的实际攻击的轮数提高了10轮,可恢复的密钥比特数增加了22比特,数据复杂度和时间复杂度分别由2^(34)和2^(34)降至2^(16.39)和2^(19.68)。可见,相较于前人单密钥下的实际攻击,所提方法能够有效增加攻击轮数和可恢复的密钥比特数,同时降低攻击的计算复杂度。

关键词：分组密码混合整数线性规划 KATAN算法条件差分分析神经区分器

基于卷积自编码的Open VPN加密流量识别方法

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信息工程大学学报 2019年第4期20卷 410-416页

作者：郭路路段明王磊刘鎏李玎河南省网络密码技术重点实验室河南郑州450001 数学工程与先进计算国家重点实验室河南郑州450001

随着虚拟专用网技术广泛运用,Open VPN流量分类识别在网络管理和空间安全扮演重要角色,由于基于传统加密流量识别技术在特征提取及选择方面成效不佳,提出一种基于卷积自编码的加密流量识别方法,将流量样本预处理为图片样本数据集IOVTD,... 详细信息

随着虚拟专用网技术广泛运用,Open VPN流量分类识别在网络管理和空间安全扮演重要角色,由于基于传统加密流量识别技术在特征提取及选择方面成效不佳,提出一种基于卷积自编码的加密流量识别方法,将流量样本预处理为图片样本数据集IOVTD,集成特征提取与分类器功能,自动学习原始输入和预期输出之间的非线性关系,利用CAE的无监督特性结合多层感知机的有监督分类学习优势达成对Open VPN机密流量的识别分类。实验结果表明,数据集充足条件下,基于卷积自编码的加密流量识别方法各项性能指标均优于传统加密流量识别方法,总体识别精准率、召回率及F1-Score最高均可达99.87%以上。

关键词：卷积自编码 Open VPN 无监督识别

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基于图神经网络的P2P僵尸网络检测方法

工程科学与技术 2022年第2期54卷 65-72页

作者：林宏刚张运理郭楠馨陈麟成都信息工程大学网络空间安全学院四川成都610225 先进密码技术与系统安全四川省重点实验室四川成都610225 网络空间安全态势感知与评估安徽省重点实验室安徽合肥230037

P2P僵尸网络因具有较高的隐蔽性和健壮性,已经成为新型的网络攻击平台,对网络空间安全造成的威胁越来越大,但现有基于规则分析或流量分析的检测方法不能有效检测。为了解决P2P僵尸网络隐蔽性强、难以识别等问题,提出了一种基于图神经网... 详细信息

P2P僵尸网络因具有较高的隐蔽性和健壮性,已经成为新型的网络攻击平台,对网络空间安全造成的威胁越来越大,但现有基于规则分析或流量分析的检测方法不能有效检测。为了解决P2P僵尸网络隐蔽性强、难以识别等问题,提出了一种基于图神经网络(graph neural network,GNN)的P2P僵尸网络检测方法。该方法不依赖流量协议特征,而是基于P2P僵尸网络节点交互特征及网络拓扑结构信息实现检测。首先,该方法先提取P2P僵尸网络流量中的源IP、目的IP、出度、入度和节点介数中心性,构建成拓扑图、出入度图和介数中心性图;其次,通过元素积对3种特征图的邻接矩阵加权求和进行图融合,得到检测模型的输入;然后,利用基于注意力机制的图卷积神经网络提取节点间特征,使用神经协同过滤算法实现中心节点注意力概率分配,完成节点状态更新;最后,利用多层图卷积层之间的紧密连通性实现对交互特征的降维抽取和对高阶结构信息的挖掘,自动学习僵尸网络的内在特征,并通过节点分类模块判别分类,完成僵尸网络检测。使用ISCX–2014僵尸网络数据集对该方法进行对比验证,实验结果表明,在训练样本包含僵尸网络节点规模较大时本文提出的深层图神经网络方法的检测准确率和模型稳定性优于其他两类对比方法,所提方法能有效提高P2P僵尸网络检测能力和泛化能力,降低误报率。

关键词： P2P僵尸网络深度学习图卷积神经网络图融合注意力机制

基于脆弱指纹的深度神经网络模型完整性验证框架

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计算机应用 2024年

作者：林翔金彪尤玮婧姚志强熊金波福建师范大学计算机与网络空间安全学院福建省网络安全与密码技术重点实验室(福建师范大学)

预训练模型容易受到外部敌手实施的模型微调和模型剪枝等攻击，导致它的完整性被破坏。针对这一问题，提出一种针对黑盒模型的脆弱指纹框架FFWAS(Fragile Fingerprint With Adversarial Samples)。首先，提出一种无先验知识的模型复制... 详细信息

预训练模型容易受到外部敌手实施的模型微调和模型剪枝等攻击，导致它的完整性被破坏。针对这一问题，提出一种针对黑盒模型的脆弱指纹框架FFWAS(Fragile Fingerprint With Adversarial Samples)。首先，提出一种无先验知识的模型复制框架，FFWAS为每一位用户创建独立的模型副本；其次，利用黑盒方法在模型边界放置脆弱指纹触发集。若模型发生修改，边界发生变化，触发集将被错误分类；最后，用户借助模型副本上的脆弱指纹触发集对模型的完整性进行验证。若触发集识别率低于预设阈值，则意味着模型完整性已被破坏。基于MINST和CIFAR10两种公开数据集对FFWAS的有效性和脆弱性进行实验分析。实验结果表明，在微调和剪枝攻击下，FFWAS的指纹识别率相较于完整模型均明显下降并低于设定阈值。与基于模型唯一性和脆弱签名的深度神经网络认证框架（DeepAuth）相比，FFWAS的触发集与原始样本的相似性分别提高约21%和15%，具有更好的隐蔽性。

关键词：神经网络预训练模型脆弱指纹模型完整性黑盒模型

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iOS文件系统加密保护策略研究

信息工程大学学报 2019年第4期20卷 492-496页

作者：周国淼段明奚琪河南省网络密码技术重点实验室河南郑州450001 数学工程与先进计算国家重点实验室河南郑州450001

苹果移动操作系统iOS因其文件系统独特的加密保护机制具备更高的安全性,系统深入研究iOS文件系统的加密保护策略具有重要意义。从苹果授权、软硬件结合、逐层加密、分类保护、随机化、口令抗搜索、算法强度7个方面,对iOS文件系统加密保... 详细信息

苹果移动操作系统iOS因其文件系统独特的加密保护机制具备更高的安全性,系统深入研究iOS文件系统的加密保护策略具有重要意义。从苹果授权、软硬件结合、逐层加密、分类保护、随机化、口令抗搜索、算法强度7个方面,对iOS文件系统加密保护策略进行分析研究。结果表明:一体化的设计使硬件软件专门定制,深度融合,方便服务提供商控制出口入口,有效提高系统的运行效率和安全性;分治思想的运用对不同层级和分类,采取不同的保护方法,针对性提高加密强度;安全冗余度的增加扩大搜索空间容量,提高抵抗搜索攻击的能力,缓解攻击效果;不确定性的引入增大猜解密钥和捕捉偏移的难度,降低被攻破的风险。

关键词： iOS 文件系统加密保护策略

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基于SM9的CCA安全广播加密方案

软件学报 2023年第7期34卷 3354-3364页

作者：赖建昌黄欣沂何德彪宁建廷福建省网络安全与密码技术重点实验室(福建师范大学) 福建福州350007 空天信息安全与可信计算教育部重点实验室(武汉大学) 湖北武汉430072 信息安全国家重点实验室(中国科学院信息工程研究所) 北京100093

选择密文安全模型能有效刻画主动攻击,更接近现实环境.现有抵抗选择密文攻击的密码算法以国外算法为主,缺乏我国自主设计且能抵抗选择密文攻击的密码算法.虽然实现选择密文安全存在通用转化方法,代价是同时增加计算开销和通信开销.基于... 详细信息

选择密文安全模型能有效刻画主动攻击,更接近现实环境.现有抵抗选择密文攻击的密码算法以国外算法为主,缺乏我国自主设计且能抵抗选择密文攻击的密码算法.虽然实现选择密文安全存在通用转化方法,代价是同时增加计算开销和通信开销.基于国密SM9标识加密算法,提出一种具有选择密文安全的标识广播加密方案.方案的设计继承了SM9标识加密算法结构,用户密钥和密文的大小都是固定的,其中用户密钥由一个群元素组成,密文由3个元素组成,与实际参与加密的接收者数量无关.借助随机谕言器,基于GDDHE困难问题可证明方案满足CCA安全.加密算法的设计引入虚设标识,通过该标识可成功回复密文解密询问,实现CCA的安全性.分析表明,所提方案与现有高效标识广播加密方案在计算效率和存储效率上相当.

关键词： SM9 广播加密 CCA安全定长密文