对低轮AES-256的相关密钥-不可能差分密码分析

研究AES-256抵抗相关密钥-不可能差分密码分析的能力.首先给出相关密钥的差分,该差分可以扩展到8轮(甚至更多轮)子密钥差分;然后构造出一个5.5轮的相关密钥不可能差分特征.最后,给出一个对7轮AES-256的攻击和4个对8轮AES-256的攻击.     

低轮ARIA的不可能差分

不可能差分是对分组密码的一种有效攻击方法.它是寻找不可能出现的差分关系,并排除满足这种关系的密钥,最终恢复出秘密密钥.分析了韩国新型分组密码算法ARIA的不可能差分.首先分析了ARIA混淆层的特性,构造了ARIA的4轮不可能差分,选择225.5个明文对,使其密文异或具有低64b为零的形式,利用4轮不可能差分特性对5轮的ARIA进行了分析.选择230个明文对对6轮ARIA进行分析.     

ESF算法的不可能差分密码分析

分析研究了分组密码算法ESF抵抗不可能差分的能力,使用8轮不可能差分路径,给出了相关攻击结果。基于一条8轮的不可能差分路径,根据轮密钥之间的关系,通过改变原有轮数扩展和密钥猜测的顺序,攻击了11轮的ESF,改善了关于11轮的ESF的不可能差分攻击的结果。计算结果表明:攻击11轮的ESF所需要的数据复杂度为O(2⁵³),时间复杂度为O(2³²),同时也说明了11轮的ESF对不可能差分是不免疫的。     

CLEFIA算法的不可能差分密码分析

为研究分组密码CLEFIA抵抗不可能差分攻击的能力,使用了两类9轮不可能差分路径,给出了相关攻击结果。基于一条9轮不可能差分路径,利用轮函数中S盒差分分布表恢复密钥,攻击了11轮的CLEFIA。改进了关于14轮的CLEFIA-256的不可能差分攻击的结果,将数据复杂度降低到2104.23,时间复杂度降低到2221.5。同时,在两条不可能差分的基础上,根据轮密钥之间的关系,使用Early-abort技术和S盒差分分布表,分别给出12轮CLEFIA-128和13轮CLEFIA-128的不可能差分攻击。     

用不可能差分法分析12轮ESF算法

轻量级分组密码算法ESF是一种具有广义Feistel结构的32轮迭代型分组密码,轮函数具有SPN结构,分组长度为64比特,密钥长度为80比特。为了研究ESF算法抵抗不可能差分攻击的能力,基于一条8轮不可能差分路径,根据轮密钥之间的关系,通过向前增加2轮、向后增加2轮的方式,对12轮ESF算法进行了攻击。计算结果表明,攻击12轮ESF算法所需的数据复杂度为O(2⁵³),时间复杂度为O(260.43),由此说明12轮的ESF算法对不可能差分密码分析是不免疫的。     

QARMA算法的相关密钥不可能差分攻击

QARMA算法是一种代替置换网络结构的轻量级可调分组密码算法。研究QARMA算法抵抗相关密钥不可能差分攻击的能力,根据QARMA-64密钥编排的特点搜索到一个7轮相关密钥不可能差分区分器,在该差分区分器的前、后各添加3轮构成13轮相关密钥不可能差分攻击。分析结果表明,在猜测52 bit密钥时,与现有中间相遇攻击相比,该相关密钥不可能差分攻击具有攻击轮数较多、时间复杂度和空间复杂度较低的优点。     

轻量级分组密码算法ESF的不可能差分分析

新的轻量级密码算法ESF用于物联网环境下保护RFID标签以及智能卡等设备的通信安全.ESF算法是一种具有广义Feistel结构的32轮迭代型分组密码,轮函数是SPN结构.分组长度为64比特,密钥长度为80比特.通过不可能差分分析方法来寻找ESF算法的不可能差分特征,给出ESF算法8轮不可能差分区分器来攻击11轮ESF算法.实验结果表明,ESF对不可能差分密码分析有足够的安全免疫力.     

Robin算法改进的6轮不可能差分攻击

Robin算法是Grosso等人在2014年提出的一个分组密码算法。研究该算法抵抗不可能差分攻击的能力。利用中间相错技术构造一条新的4轮不可能差分区分器,该区分器在密钥恢复阶段涉及到的轮密钥之间存在线性关系,在构造的区分器首尾各加一轮,对6轮Robin算法进行不可能差分攻击。攻击的数据复杂度为2118.8个选择明文,时间复杂度为293.97次6轮算法加密。与已有最好结果相比,在攻击轮数相同的情况下,通过挖掘轮密钥的信息,减少轮密钥的猜测量,进而降低攻击所需的时间复杂度,该攻击的时间复杂度约为原来的2?8。     

LBlock算法的相关密钥不可能差分分析

LBlock算法是2011年提出的轻量级分组密码,适用于资源受限的环境.目前,关于LBlock最好的分析结果为基于14轮不可能差分路径和15轮的相关密钥不可能差分路径,攻击的最高轮数为22轮.为研究LBlock算法抵抗不可能差分性质,结合密钥扩展算法的特点和轮函数本身的结构,构造了新的4条15轮相关密钥不可能差分路径.将15轮差分路径向前扩展4轮、向后扩展3轮,分析了22轮LBlock算法.在已有的相关密钥不可能差分攻击的基础上,深入研究了轮函数中S盒的特点,使用2类相关密钥不可能差分路径.基于部分密钥分别猜测技术降低计算量,分析22轮LBlock所需数据量为261个明文,计算量为259.58次22轮加密.     

SIMON不可能差分及零相关路径自动化搜索算法

对于分组密码,不可能差分和零相关线性分析都是很重要的分析手段.通过研究非线性组件与（AND）的性质,首先得到用于刻画SIMON轮函数差分及线性传播特性的约束式,再基于布尔可满足约束问题（SAT）,提出一种普适性不可能差分和零相关路径自动化搜索算法,并利用该算法搜索得到SIMON更多的不可能差分及零相关路径.除用于自动化搜索外,该算法还可判断特定的差分对（掩码对）是否能构成一条有效不可能差分和零相关路径.此外,基于该算法,从抵抗不可能差分攻击的角度出发,给出SIMON轮函数设计中循环移位常数的选取依据.     

Impossible Differential Cryptanalysis of Reduced-Round ARIA and Camellia

This paper studies the security of the block ciphers ARIA and Camellia against impossible differential cryptanalysis. Our work improves the best impossible differential cryptanalysis of ARIA and Camellia known so far. The designers of ARIA expected no impossible differentials exist for 4-round ARIA. However, we found some nontrivial 4-round impossible differentials, which may lead to a possible attack on 6-round ARIA. Moreover, we found some nontrivial 8-round impossible differentials for Camellia, whereas only 7-round impossible differentials were previously known. By using the 8-round impossible differentials, we presented an attack on 12-round Camellia without FL/FL^-1 layers.     

ESF算法的相关密钥不可能差分分析

ESF算法是一种具有广义Feistel结构的32轮迭代型轻量级分组密码。为研究ESF算法抵抗不可能差分攻击的能力,首次对ESF算法进行相关密钥不可能差分分析,结合密钥扩展算法的特点和轮函数本身的结构,构造了两条10轮相关密钥不可能差分路径。将一条10轮的相关密钥不可能差分路径向前向后分别扩展1轮和2轮,分析了13轮ESF算法,数据复杂度是260次选择明文对,计算量是223次13轮加密,可恢复18 bit密钥。将另一条10轮的相关密钥不可能差分路径向前向后都扩展2轮,分析了14轮ESF算法,数据复杂度是262选择明文对,计算复杂度是243.95次14轮加密,可恢复37 bit密钥。     

Midori-64算法的截断不可能差分分析

分析了Midori-64算法在截断不可能差分攻击下的安全性.首先,通过分析Midori算法加、解密过程差分路径规律,证明了Midori算法在单密钥条件下的截断不可能差分区分器至多6轮,并对6轮截断不可能差分区分器进行了分类;其次,根据分类结果,构造了一个6轮区分器,并给出11轮Midori-64算法的不可能差分分析,恢复了128比特主密钥,其时间复杂度为2^121.4,数据复杂度为2^60.8,存储复杂度为2^96.5.     

SPECK型算法的积分分析和不可能差分分析

SPECK系列算法是2013年由美国国家安全局提出的一类重要的轻量分组密码算法.算法整体采用变形的Feistel结构,轮函数是由模加,循环移位和异或组成的ARX模块,其中模加运算为算法主要的非线性部件.目前对于SPECK系列算法的研究主要分为两个方面:一是针对原始SPECK算法安全性的分析,主要的攻击方法包括差分分析、线性分析、积分分析和不可能差分分析等;二是对采用不同移位参数的SPECK型算法的分析,主要包含对它们抗差分分析能力的评估.本文在此基础上研究了采用不同移位参数的SPECK型算法的积分性质和不可能差分性质.我们先利用混合整数线性规划方法,基于可分性搜索了SPECK型算法的积分区分器;接着利用中间相错思想,基于模加运算的差分性质,搜索了SPECK型算法的不可能差分特征.结合已有的差分分析的结论,我们给出了不同分组长度下具有更强抵抗多种攻击能力的好的移位参数.特别的,在减轮情形下,当分组长度为32比特时,我们发现采用移位参数(9,2)的SPECK型算法比原始算法具有更强的抵抗差分分析、积分分析和不可能差分分析的能力.     

一类SP结构的不可能差分区分器证明

针对分组密码SP结构的不可能差分区分器轮数的下界进行证明,提出的方法使用线性代数的理论,对系数矩阵P及P-1进行分析,提出了系数矩阵部分子空间存在两个行向量线性相关时,可证明至少存在四轮不可能差分区分器。uBlock算法是SPN结构,提出的方法对uBlock算法进行了分析验证,说明了结论的正确性,进一步,使用该算法搜索到比uBlock算法设计文档更多的不可能差分区分器。针对SPN结构线性扩散层P,使用了本原指数的概念,使用线性扩散层P的本原指数对SPN结构不可能差分的轮数进行论证。分析结果表明,分组密码SP结构至少存在四轮不可能差分区分器。     

Zodiac 算法的不可能差分和积分攻击

重新评估了Zodiac算法抗不可能差分攻击和积分攻击的能力.已有结果显示,Zodiac算法存在15轮不可能差分和8轮积分区分器.首先得到了算法概率为1的8轮截断差分,以此构造了Zodiac算法完整16轮不可能差分和9轮积分区分器.利用9轮积分区分器,对不同轮数Zodiac算法实施了积分攻击,对12轮、13轮、14轮、15轮和16轮Zodiac的攻击复杂度分别为234,259,293,2133和2190次加密运算,选择明文数均不超过216.结果表明,完整16轮192比特密钥的Zodiac算法也是不抗积分攻击的.     

Impossible differential cryptanalysis of advanced encryption standard

Impossible differential cryptanalysis is a method recovering secret key, which gets rid of the keys that satisfy impossible differential relations. This paper concentrates on the impossible differential cryptanalysis of Advanced Encryption Standard (AES) and presents two methods for impossible differential cryptanalysis of 7-round AES-192 and 8-round AES-256 combined with time-memory trade-off by exploiting weaknesses in their key schedule. This attack on the reduced to 7-round AES-192 requires about 294.5 chosen plaintexts, demands 2129 words of memory, and performs 2157 7-round AES-192 encryptions. Furthermore, this attack on the reduced to 8-round AES-256 requires about 2101 chosen plaintexts, demands 2201 words of memory, and performs 2228 8-round AES-256 encryptions.