DBlock密码算法差分故障分析

DBlock算法是于2015年提出的一种新型分组密码算法,算法分组长度与对应密钥长度为128bit、192bit和256bit,均迭代20轮。基于字节故障模型,并利用基于密钥扩展的差分故障分析方法,在密钥扩展算法运行至第17轮时导入随机故障,对DBlock算法进行差分故障分析。实验结果表明,仅需要4次故障密文便可恢复算法的128bit初始密钥。     

一种KLEIN密码的差分故障分析

针对KLEIN密码算法提出一种可行的差分故障分析方法,研究KLEIN密码对差分故障分析的安全性。经多次分析尝试,选择分别向16个字节处各导入1比特随机故障,相当于每次引入16个随机故障。通过在KLEIN密码第12轮S盒置换操作之前对各字节引入1比特随机故障,并构造了S盒差分区分器来搜索差分值,最终恢复64比特密钥。实验结果表明,平均2.73次诱导此类故障即可恢复主密钥,同时大大降低了搜索空间。     

PRINCE轻量级密码算法的差分故障分析

PRINCE密码算法是于ASIA CRYPT 2012提出的轻量级的加密算法,用于在物联网环境下保护RFID标签以及智能卡等设备的通信安全。提出并讨论了一种针对PRINCE算法的差分故障分析方法。该方法采用半字节故障模型,对PRINCEcore最后一轮进行了差分故障分析。实验结果表明,在PRINCEcore最后一轮导入半字节随机故障,4次故障注入可实现对PRINCE算法PRINCEcore部分的64位轮密钥的恢复。因此,未加防护措施的PRINCE加密系统将难以抵御差分故障分析手段。     

针对MIBS的宽度差分故障分析

MIBS分组密码主要用于RFIv轻量级密码设备实现,对其安全性研究尚无公开结果发表。首先给出了MIBS算法及故障分析原理,提出了一种针对MIBS的宽度差分故障分析方法,并通过仿真实验进行了验证。实验结果表明,由于其Feistel结构和S盒特性,MII3S易遭受宽度故障攻击,通过在第32轮和第31轮分别导入1次32位故障即可将64位主密钥降低到21. 70位,经1秒钟暴力破解恢复完整密钥。该故障分析方法也可为其它分组密码差分故障分析提供一定思路。     

Piccolo算法的差分故障分析

Piccolo算法是CHES 2011上提出的一个轻量级分组密码算法,它的分组长度为64- bit,密钥长度为80/128-bit,对应迭代轮数为25/31轮.Piccolo算法采用一种广义Feistel结构的变种,轮变换包括轮函数S-P-S和轮置换RP,能够较好地抵抗差分分析、线性分析等传统密码攻击方法.该文将Piccolo算法的S-P-S函数视为超级S盒(Super Sbox),采用面向半字节的随机故障模型,提出了一种针对Piccolo-80算法的差分故障分析方法.理论分析和实验结果表明:通过在算法第24轮输入的第1个和第3个寄存器各诱导1次随机半字节故障,能够将Piccolo-80算法的密钥空间缩小至约22-bit.因此,为安全使用Piccolo算法,在其实现时必须做一定的防护措施.     

轻量级分组密码TWINE的差分故障攻击

为了对轻量级分组密码TWINE的安全性进行研究,分析了轻量级分组密码TWINE的抗差分故障攻击特性,给出了TWINE一种差分故障分析方法,采用面向半字节的随机故障模型对TWINE算法进行攻击.实验结果表明,在35轮注入4次故障后可将密钥空间降低至约220,平均注入13.15次故障后可完全恢复80 bit密钥,最好的情况为注入12次故障完全恢复种子密钥.因此得到结论:TWINE算法易受差分故障攻击,需在使用前对设备加以保护.     

针对AES分组密码S盒的差分故障分析

研究了AES分组密码对差分故障攻击的安全性,攻击采用面向字节的随机故障模型,结合差分分析技术,通过在AES第8轮列混淆操作前导入随机单字节故障,一次故障导入可将AES密钥搜索空间由2128降低到232.3,在93.6%的概率下,两次故障导入无需暴力破解可直接恢复128位AES密钥.数学分析和实验结果表明:分组密码差分S盒取值的不完全覆盖性为差分故障分析提供了可能性,而AES密码列混淆操作良好的扩散特性极大的提高了密钥恢复效率,另外,本文提出的故障分析模型可适用于其它使用S盒的分组密码算法.     

一种关于分组密码的新的统计检测方法

统计检测在分组密码安全性评估的过程中发挥着重要的作用,许多密码标准组织纷纷把对分组密码的统计检测作为评估过程中的重要环节来实施.文中提出了一种有效、实用的统计检测方法.该统计检测方法以分组长度为统计单位,将一个分组的某一字节取遍所有的值而其它字节固定不变.经过密码变换后,将256个输出值进行异或,通过检测输出异或值每一位为0(或1)的概率是否为1/2来判断分组密码是否随机.该检测方法可以一定程度地反映出分组密码抵抗积分攻击的能力.与此同时,基于推广的积分攻击方法,文中在已有方法的基础上提出了更一般的统计检测方法.另外,文中分别对Rijndael算法、Camellia算法和SMS4算法进行了统计检测,这3种算法分别从第4轮、第5轮和第7轮开始呈现出良好的统计性能.     

一类基于混沌函数的分组密码的安全性评估

评估了一类基于混沌函数的分组密码(generalized Feistel structure,简称GFS)抵抗差分密码分析和线性密码分析的能力.如果轮函数是双射且它的最大差分特征概率和线性逼近概率分别是p和q,则r轮GFS的最大差分特征和线性逼近的概率分别以p^r-1和q^r-1为其上界.     

一种针对Camellia的改进差分故障分析

查找S盒是分组密码设计中的一种重要操作,也是防御传统线性和差分分析的有效手段,但是当考虑到密码实现泄露的物理效应信息时,其却成为了密码系统最脆弱的一部分.文中对使用S盒的分组密码故障攻击进行了研究,给出了一种针对Camellia的改进差分故障分析方法.首先,将针对使用S盒的分组密码差分故障分析归结为求解S盒输入和输出差...     

CLEFIA-128/192/256的不可能差分分析

对分组密码算法CLEFIA进行不可能差分分析.CLEFIA算法是索尼公司在2007年快速软件加密大会(FSE)上提出来的.结合新发现和新技巧,可有效过滤错误密钥,从而将算法设计者在评估报告中给出的对11圈CLEFIA-192/256的攻击扩展到11圈CLEFIA-128/192/256,复杂度为2103.1次加密和2103.1个明文.通过对明文附加更多限制条件,给出对12圈CLEFIA-128/192/256的攻击,复杂度为2119.1次加密和2119.1个明文.而且,引入一种新的生日筛法以降低预计算的时间复杂度.此外,指出并改正了Tsunoo等人对12圈CLEFIA的攻击中复杂度计算方面的错误.     

11轮3D分组密码算法的中间相遇攻击

针对3D分组密码算法的安全性分析,对该算法抵抗中间相遇攻击的能力进行了评估。基于3D算法的基本结构及S盒的差分性质,减少了在构造多重集时所需的猜测字节数,从而构建了新的6轮3D算法中间相遇区分器。然后,将区分器向前扩展2轮,向后扩展3轮,得到11轮3D算法中间相遇攻击。实验结果表明:构建区分器时所需猜测的字节数为42 B,攻击时所需的数据复杂度约为2⁴⁹⁷个选择明文,时间复杂度约为2^325.3次11轮3D算法加密,存储复杂度约为2³⁴² B。新攻击表明11轮3D算法对中间相遇攻击是不免疫的。     

LiCi密码的差分故障攻击

LiCi轻量级分组密码算法是2017年提出的一种新型密码算法,其具有结构微小、消耗能量少等优点,适用于物联网等资源受限的环境。在 LiCi 的设计文档中,对该算法抵御差分攻击和线性攻击的能力进行了分析,但LiCi算法对于差分故障攻击的抵抗能力尚未得到讨论。针对LiCi算法每轮迭代的移位规律,在第31轮迭代时的左半侧多次注入单比特故障,结合其差分性质,可以恢复32 bit长度的轮密钥。根据LiCi算法的密钥编排方案,再对第 30、29、28、27、26 轮迭代进行同样的差分故障攻击,最终可以恢复全部原始密钥。该攻击共需要48个单比特故障,计算复杂度为2³²,说明LiCi算法难以抵抗差分故障攻击。     

对流密码LILI-128的差分故障攻击

对LILI-128算法对差分故障攻击的安全性进行了研究。攻击采用面向比特的故障模型, 并结合差分分析和代数分析技术, 在 LILI-128 算法LFSRd中注入随机的单比特故障, 得到关于LILI-128算法内部状态的代数方程组, 并使用Crypto MiniSAT解析器求解恢复128位初始密钥。实验结果表明, 280个单比特故障注入就可以在1 min内完全恢复LILI-128全部128位密钥。因此, LILI-128密码实现安全性易遭差分故障攻击威胁, 需要对加密设备进行故障攻击防御, 以提高LILI-128密码实现安全性。     

对SMS4密码算法改进的差分攻击

差分分析和线性分析是重要的密码算法分析工具.多年来,很多研究者致力于改善这两种攻击方法.Achiya Bar-On等人提出了一种方法,能够使攻击者对部分状态参与非线性变换的SPN结构的密码算法进行更多轮数的差分分析和线性分析.这种方法使用了两个辅助矩阵,其目的就是更多地利用密码算法中线性层的约束,从而能攻击更多轮数.将这种方法应用到中国密码算法SMS4的多差分攻击中,获得了一个比现有攻击存储复杂度更低和数据复杂度更少的攻击结果.在成功概率为0.9时,实施23轮的SMS4密钥恢复攻击需要2^113.5个明文,时间复杂度为2^126.7轮等价的23轮加密.这是目前为止存储复杂度最低的攻击,存储复杂度为2¹⁷个字节.     

对不同种子密钥长度的RC4算法的明文恢复攻击

针对不同种子密钥长度的RC4算法的明文恢复问题,提出了对经过不同种子密钥长度（8字节、16字节、22字节）的RC4算法加密的明文的明文恢复攻击。首先利用统计算法在2³²个不同种子密钥的条件下统计了RC4算法每个密钥流输出字节的t值分布,发现了RC4算法密钥流输出序列存在偏差;然后,利用单字节偏差规律和双字节偏差规律给出了对经RC4算法加密的明文的前256字节的攻击算法。实验结果表明,在密文量为2³¹的条件下,除了第4字节外,攻击算法能够以100%的成功率恢复明文的前196字节。对于种子密钥长度为8字节的RC4算法,前256字节的恢复成功率都超过了91%;相应的,种子密钥长度为16字节的RC4算法,前256字节的恢复成功率都超过87%;种子密钥长度为22字节的RC4算法,前256字节的恢复成功率都超过了81%。所提攻击算法拓展了原有攻击密钥长度为16字节的RC4算法的范围,且在实际应用中能够更好地恢复经RC4算法加密的明文。     

Rijndael-256算法的中间相遇攻击

根据Rijndael密码的算法结构,构造一个新的5轮相遇区分器：若输入状态的第一个字节可变动,而余下字节固定不变,则通过5轮加密后,算法输出的每个字节差分值均可由输入状态的第一个字节值及25个常量字节以概率2-96确定。基于该区分器,给出一种针对9轮Rijndael-256的中间相遇攻击。分析结果表明,该攻击的数据复杂度约为2128个选择明文数据量,时间复杂度约为2211.6次9轮Rijndael- 256加密。     

PRESENT的多模型差分错误分析

PRESENT密码是一种适用于传感器网络、RFID标签等小规模硬件的轻量加密算法。本文对PRESENT算法的差分错误分析方法进行研究,提出了针对PRESENT密码的四种差分错误模型,并对它们进行分析对比,从而找到针对PRESENT算法最好的差分错误分析方法。就我们收集到的现有发表著作显示,此次研究比以往PRESENT的差分错误攻击更为有效。最好结果是,在第28轮和第29轮P置换之间引入8bit随机错误,平均使用17个错误样本分析得到最后一轮64bit白化密钥。