分组密码算法SHACAL-2的差分分析

论文摘要

随着计算机和通信技术的发展，用户对信息的安全存储、安全处理和安全传输的需求越来越迫切。密码学作为保障和实现信息安全的核心技术，受到了各国普遍的重视。分组密码以其速度快、易于标准化和便于软硬件实现等特点，成为信息与网络安全中实现数据加密、数字签名、认证及密钥管理的核心体制。2001年1月，欧洲启动了NESSIE工程，它希望推出一套不仅包括分组密码，而且包括流密码、Hash函数、消息认证码、数字签名和公钥加密等在内的强安全性的密码标准。由于SHACAL-2算法在各种平台都表现出了卓越的密码性能，并且经受住了来自各种攻击的考验，2003年2月，SHACAL-2算法被遴选为普通型分组密码标准。本文利用相关密钥不可能差分分析方法对SHACAL-2算法的安全性进行研究，得到如下研究成果：利用SHACAL-2的密钥扩展算法，找到了一个18轮相关密钥不可能差分的区分器；在18轮的基础上，对21轮的SHACAL-2进行了分析；猜测部分子密钥，得到31轮SHACAL-2的相关密钥不可能差分，并发现31轮SHACAL-2对此攻击是不免疫的，该攻击需要选择明文数据量为938，计算复杂度为2469.75。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 密码学概述
• 1.1.1 密码学的定义
• 1.1.2 密码学的发展历程
• 1.1.3 密码学的分类
• 1.2 分组密码的历史与现状
• 1.3 分组密码的研究意义
• 1.4 课题背景
• 1.5 章节安排
• 第二章 分组密码简介
• 2.1 分组密码概述
• 2.2 分组密码的结构
• 2.2.1 Feistel网络
• 2.2.2 SP网络
• 2.2.3 LM结构
• 2.3 分组密码原理与设计准则
• 2.3.1 S盒的设计准则
• 2.3.2 P盒的设计准则
• 2.3.3 轮函数 F的设计准则
• 2.3.4 迭代轮数的考虑
• 2.3.5 密钥扩展算法的设计
• 2.3.6 软硬件实现原则
• 2.4 分组密码的工作模式
• 2.4.1 电子密码本模式（ECB）
• 2.4.2 密码分组链接模式（CBC）
• 2.4.3 密码反馈模式（CFB）
• 2.4.4 输出反馈模式（OFB）
• 2.5 分组密码系统的实际安全性和理论安全性
• 2.6 小结
• 第三章 分组密码的分析方法
• 3.1 分组密码分析技术的国内外研究现状
• 3.2 差分密码分析
• 3.2.1 差分密码分析概述
• 3.2.2 差分密码分析的推广
• 3.3 线性密码分析
• 3.3.1 线性密码分析概述
• 3.3.2 线性密码分析的推广
• 3.4 强力攻击
• 3.4.1 穷尽密钥搜索
• 3.4.2 字典攻击
• 3.4.3 查表攻击
• 3.4.4 时间-存储权衡攻击
• 3.5 其它常见的攻击方法
• 3.5.1 差分-线性密码攻击
• 3.5.2 插值攻击
• 3.5.3 边信道攻击
• 3.5.4 相关密钥攻击
• 3.6 攻击复杂度
• 3.7 小结
• 第四章 SHACAL-2算法
• 4.1 SHACAL-2算法提出的背景
• 4.2 Hash函数
• 4.2.1 Hash函数概述
• 4.2.2 Hash函数构造分组密码
• 4.3 SHACAL-2加解密过程
• 4.3.1 加密过程
• 4.3.2 密钥扩展过程
• 4.3.3 解密过程
• 4.4 小结
• 第五章 SHACAL-2算法分析
• 5.1 相关密钥不可能差分概述
• 5.2 攻击预备知识
• 5.3 我们的工作：SHACAL-2相关密钥不可能差分分析
• 5.3.1 18轮 SHACAL-2相关密钥不可能差分
• 5.3.2 21轮 SHACAL-2相关密钥不可能差分
• 5.3.3 31轮 SHACAL-2相关密钥不可能差分攻击
• 5.4 结论与展望
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果