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新区分器的构造及其在分组密码分析中的应用

2020-12-07阅读(465)

新区分器的构造及其在分组密码分析中的应用

论文摘要

分组密码属对称密码体制,是现代密码学的一个重要组成部分。由于分组密码具有加解密速度快、容易标准化、便于实现、主要安全指标容易评估等优点,目前已经成为通信与信息系统主流的信息加密体制之一。分组密码的研究一般包含两个方面:编码技术和分析技术。分组密码的分析技术（又称为攻击技术）一直是分组密码研究的热点。分组密码分析的一般策略包括两步:第1步寻找密码算法的区分器,即设法发现密码算法的某种非随机性;第2步利用该区分器完全或部分地恢复密码算法的秘密信息。如何构造新型有效的区分器往往是分组密码分析的关键所在。本文针对FOX系列算法、AES算法、SHACAL-2算法开展研究,根据这些算法的不同特点构造了多个新区分器,并据此给出新的攻击方法。主要研究结果如下:1.FOX系列算法的不可能差分分析:（1）利用FOX128的算法结构和轮函数特点,构造了一个新的4轮不可能差分区分器。基于该区分器,给出一种攻击5轮FOX128的新方法。（2）利用FOX64的算法结构和轮函数特点,构造了一个新的4轮不可能差分区分器。在此基础上,针对5轮、6轮、7轮FOX64分别给出新的攻击。2.AES的相关密钥矩形新攻击:（1）利用AES-192密钥编排的弱点,构造了一个新的7轮相关密钥矩形区分器;基于该区分器和单字节密钥猜测技术,针对9轮AES-192给出了一种新的攻击方法。（2）利用AES-256密钥编排的弱点,构造了一个新的8轮相关密钥矩形区分器;由此针对10轮AES-256给出了一种新的攻击方法。（3）改进了FSE2007论文中针对10轮AES-192的相关密钥矩形攻击,使其所需的数据量和时间复杂度均有所降低。3.SHACAL-2的相关密钥矩形新攻击:（1）利用SHACAL-2密码算法轮变换的特点,构造了一个新的34轮区分器。基于该区分器和部分密钥分别猜测的技术,针对40轮、42轮SHACAL-2分别给出了新的攻击方法。（2）基于SHACAL-2密码算法轮变换和密钥编排的特点,构造了一个新的35轮区分器。由此针对44轮SHACAL-2给出了一种新的攻击方法。4.AES的差分-线性攻击:利用AES S盒的密码学特性和列混淆（MC）部件的特点,构造了一个新的4轮差分-线性区分器;基于该区分器,首次刻画了单密钥下7轮AES-192与7轮AES-256抵抗差分-线性攻击的能力。5.8轮AES的差分碰撞攻击:利用AES算法轮变换的特点,构造了一个新型的5轮区分器;结合AES的密钥编排特点和时空折中技术,分别针对单密钥下7轮AES-192,8轮AES-192,8轮AES-256给出了新的差分碰撞攻击。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 分组密码概述
  • 1.1.1 分组密码的定义
  • 1.1.2 分组密码的工作模式
  • 1.2 分组密码的设计准则与策略
  • 1.2.1 分组密码的设计准则
  • 1.2.2 分组密码轮函数的结构
  • 1.3 论文的内容安排及主要结果
  • 1.3.1 内容的安排
  • 1.3.2 主要的研究成果
  • 第二章 分组密码区分器的构造方法
  • 2.1 分组密码典型的攻击方法
  • 2.1.1 确定性攻击和统计性攻击
  • 2.1.2 分组密码攻击中的度量指标
  • 2.2 区分器的一般构造方法
  • 2.2.1 差分类区分器
  • 2.2.2 线性类区分器
  • 2.2.3 平方类区分器
  • 2.2.4 相关密钥类区分器
  • 2.3 一些高水平分组密码算法的最新攻击进展
  • 2.3.1 AES
  • 2.3.2 Serpent
  • 2.3.3 IDEA
  • 2.3.4 Camellia
  • 2.3.5 SHACAL-2
  • 2.3.6 MISTY1
  • 2.3.7 ARIA 1.0
  • 2.3.8 SMS4
  • 2.3.9 HIGHT
  • 2.3.10 PRESENT
  • 2.3.11 CLEFER
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 FOX 系列算法的不可能差分分析
  • 3.1 FOX 系列算法介绍
  • 3.1.1 FOX128
  • 3.1.2 FOX64
  • 3.2 5 轮FOX128 的新攻击
  • 3.2.1 一个4 轮不可能差分区分器
  • 3.2.2 恢复末轮子密钥
  • 3.3 FOX64 的不可能差分攻击
  • 3.3.1 一个4 轮区分器
  • 3.3.2 5 轮FOX64 的攻击
  • 3.3.3 6 轮、7 轮FOX64 的攻击
  • 3.4 结果比较与分析
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 AES 的相关密钥矩形新攻击
  • 4.1 相关密钥下AES 的分析现状和算法描述
  • 4.1.1 相关密钥下AES 的分析现状
  • 4.1.2 算法描述
  • 4.2 相关密钥矩形攻击介绍
  • 4.3 9 轮AES-192 的新攻击
  • 4.3.1 一个新的7 轮相关密钥矩形区分器
  • 4.3.2 9 轮的新攻击
  • 4.4 10 轮AES-256 的新攻击
  • 4.5 10 轮AES-192 攻击的改进
  • 4.6 结果比较与分析
  • 4.7 本章小结
  • 4.8 标注说明
  • 第五章 SHACAL-2 的相关密钥矩形新攻击
  • 5.1 SHACAL-2 的分析现状
  • 5.2 SHACAL-2 算法描述
  • 5.2.1 符号和注记[58]
  • 5.2.2 SHACAL-2 加、解密过程
  • 5.2.3 SHACAL-2 的密钥编排
  • 5.2.4 SHACAL-2 的几个密码性质
  • 5.3 40 轮、42 轮SHACAL-2 的新攻击
  • 5.3.1 一个新的34 轮区分器
  • 5.3.2 40 轮的新攻击
  • 5.3.3 42 轮的新攻击
  • 5.4 44 轮SHACAL-2 的新攻击
  • 5.4.1 一个新的35 轮区分器
  • 5.4.2 44 轮的新攻击
  • 5.5 结果比较与分析
  • 5.6 本章小结
  • 第六章 AES 的差分-线性攻击
  • 6.1 AES 的4 轮差分和线性特征
  • 6.2 一个4 轮差分-线性区分器
  • 6.2.1 符号和标注
  • 6.2.2 AES S 盒的几个密码学性质
  • 6.2.3 4 轮区分器
  • 6.3 7 轮AES-192 的攻击
  • 6.4 7 轮AES-256 的攻击
  • 6.5 结果比较与分析
  • 6.6 本章小结
  • 第七章 8 轮AES 的差分碰撞攻击
  • 7.1 单密钥下AES 的分析现状
  • 7.2 一个5 轮差分碰撞区分器
  • 7.3 7 轮AES 的差分碰撞攻击
  • 7.4 8 轮AES 的攻击
  • 7.4.1 8 轮AES-192 的攻击
  • 7.4.2 8 轮AES-256 的攻击
  • 7.5 结果比较和分析
  • 7.6 本章小结
  • 结束语
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读博士学位期间的研究成果

    • 相关论文文献

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