一个单方加密-多方解密的公钥加密方案

以Shamir的门限秘密共享方案和对称密码算法为基础,基于椭圆曲线上的双线性变换提出了一个具有多个解密者的单方加密-多方解密公钥加密方案.在该方案中,消息发送者具有一个唯一的加密密钥,而每个消息接收者都具有不同的解密密钥.使用加密密钥所加密的密文可以被任意解密密钥所解密,得到同样的明文信息.分析发现,该加密方案不仅安全有效,同时,它还具备前向保密性,即使加密者的主密钥泄露,也不会影响之前加密信息的安全性.文中方案具有非常重要的应用价值,尤其可以用来实现安全广播/组播和会议密钥的安全分发.     

一种基于身份和密钥封装机制的加密方案

提出一个基于身份和密钥封装机制的加密方案,采用对称加密技术实现信息的高效加密解密,利用基于身份的密码算法传递对称密钥。该方案扩展了标准模型下可证明安全的选择密文攻击的加密方案,其安全性规约为判定性Diffie-Hellman假设。分析结果表明,该方案对抵抗自适应选择密文攻击是不可区分的。     

基于格式保留的敏感信息加密方案

格式保留加密具有加密后数据格式和数据长度不变的特点,不会破坏数据格式约束,从而降低改造数据格式的成本。分析现有敏感信息格式保留加密方案,均基于对称加密体制,存在密钥传输安全性低和密钥管理成本较高等问题。提出了身份密码环境下基于格式保留的敏感信息加密方案,与现有的格式保留加密方案相比,通信双方不需要传递密钥,通过密钥派生函数来生成加密密钥和解密密钥,利用混合加密的方式提高了敏感信息传输的安全性。并且证明了该方案满足基于身份的伪随机置换安全,在适应性选择明文攻击下具有密文不可区分性。     

三级对称叛徒追踪新方案

提出了一种新的对称叛徒追踪方案。基于加密广播技术和Hash函数理论,构造了密钥方案、加密方案、解密方案和叛徒追踪算法,利用Chernoff界确定了系统参数值。新方案可以有效对抗加密广播业务中的共谋密钥攻击。相对于已有的CFN对称方案,新方案具有更低的个人密钥存储复杂度、用户计算复杂度和更少的数据冗余。     

REESSE 2公开密钥密码体制

作者综合利用超递增序列、杠杆函数和HASH函数的特性提出了能有效地抵御“极小点”攻击和“LOB-L3归约基”攻击的REESSE2公开密钥密码体制，详细描述了该体制的数学基础、密钥生成算法、加密算法和解密算法。文章对REESSE2体制的安全性和优越性做了分析，并归纳了提高公钥密码体制安全性的两条途径。     

7轮AES-128的非对称不可能飞来器攻击

分组密码是信息安全中实现数据加密、认证和密钥管理的核心密码算法,其安全性分析是密码学的重要课题之一.基于差分分析原理,文中提出了分组密码新的分析方法:非对称不可能飞来器攻击.该方法是通过构造非对称不可能飞来器区分器,排除满足这种关系的密钥,并最终恢复出秘密密钥的一种攻击方法.利用密钥编排方案,基于差分表查询技术和数据多...     

针对AES算法的按位选择明文能量分析

侧信道分析是一种利用密码设备在加密过程中产生的侧信息来恢复密钥的攻击手段。文章针对SAKURA-G开发板中AES算法硬件实现展开侧信道分析方面的研究。首先指出了基于汉明距离模型的相关能量分析方案的局限性,即在AES算法实现代码未知的情况下,攻击实验无法有效进行。由此,文章提出了一种基于按位差分能量分析的选择明文能量攻击方案,可以在加密算法实现代码未知的情况下有效地进行能量分析,并成功恢复AES算法的密钥。最后展示了与已有选择明文相关能量分析思想的对比实验。对比实验证明,相比已有的选择明文相关能量分析方案,文章提出的按位差分选择明文能量分析方法所需要的密钥猜测空间更小,相应的干扰选项更少且效率更高。     

SIMECK密码代数故障攻击研究

针对SIMECK密码给出一种代数故障攻击方法。首先给出SIMECK加密轮函数和密钥生成策略等效代数方程创建方法;分别设定故障已知模型和故障未知模型,并在故障未知模型下提出基于故障注入差分和基于正确/故障密文差分确定故障索引值两种策略创建故障信息方程;利用基于SAT问题求解方程组。结果表明,在SIMECK32/64第24轮注入单比特翻转故障,故障已知模型和基于故障注入差分的故障未知模型均仅需2次注入即可恢复完整64比特主密钥;在第27轮注入故障,基于密文差分的未知模型需9次注入可恢复完整主密钥。与已有研究相比,该攻击密钥搜索复杂度更低,所需故障注入样本量更少。     

标准模型下可证明安全的入侵容忍公钥加密方案

在传统的公钥加密方案中,一旦解密密钥泄漏,系统的安全性将完全丧失.特别是随着越来越多的加密系统被应用到移动的、安全性低的设备中,密钥泄漏显得难以避免.入侵容忍公钥加密的提出就是为了减小密钥泄漏对加密系统的危害,具有比前向安全加密、密钥隔离加密更强的安全性.在这种体制下,整个生命周期被分割成离散的时间阶段,公钥固定不变,密钥信息分享在解密者和基地中,前者独立完成解密操作,而后者则在每个时间周期中提供一个更新信息来帮助演化解密密钥.此外,每个时间段内有多次密钥刷新的操作,可以刷新解密者的密钥和基密钥.当解密者和基地被入侵时,只要不是同时被入侵,安全性就可以得到保证.即使入侵者同时入侵解密者和基地,也不会影响以前时间段密文的安全性.提出了一个入侵容忍公钥加密方案,所有费用参数关于总共时间段数的复杂性均不超过对数的平方.证明了该方案是标准模型下安全的.这是一个不需要随机预言的可证明安全的入侵容忍公钥加密方案.     

综合型密码系统与网络通信安全性

网络信息处理安全性,主要归结于网络通信安全性,而密码技术提供了一种确保通信安全性的可行办法,但现有的对称型密码系统在网络环境下不能进行有效的密钥分发,而非对称密码系统虽较好地解决了网络环境下密钥分发问题,但其加密解密算法效率非常之低(至今尚未提出高效率的非对称型密码算法),因之,还不具有高的实用价植。本文试图解决这个问题,提出了综合型密码系统概念。文中所论述的综合型密码系统具有密钥分发简单有效且加密解密算法执行效率高的特点,在网络环境下有较高的实用价值。     

ZF-02分组密码算法的设计与分析

提出了一种以换位变换为核心的分组密码算法(ZF-02算法)．该算法的分组长度为128bits，密钥长度可变．其加解密算法的基本结构可归结为：密钥控制下的入口状态复合换位变换、非线性性能良好的可逆置换和密钥控制下的出口状态复合换位变换．该算法逻辑结构简洁规范，而且易于在软、硬件及多种环境下实现．文中给出了算法的加解密流程和必要的数据参数表，并对其安全性做了基本分析，结果表明它拥有相当好的安全性．     

8轮PRINCE的快速密钥恢复攻击

PRINCE算法是J.Borghoff等在2012年亚密会上提出的一个轻量级分组密码算法,它模仿AES并采用α-反射结构设计,具有加解密相似的特点.2014年,设计者发起了针对PRINCE实际攻击的公开挑战,使得该算法的安全性成为研究的热点.目前对PRINCE攻击的最长轮数是10轮,其中P.Derbez等利用中间相遇技术攻击的数据和时间复杂度的乘积D×T=2¹²⁵,A.Canteaut等利用多重差分技术攻击的复杂度D×T=2^118.5,并且两种方法的时间复杂度都超过了257.本文将A.Canteaut等给出的多重差分技术稍作改变,通过考虑输入差分为固定值,输出差分为选定的集合,给出了目前轮数最长的7轮PRINCE区分器,并应用该区分器对8轮PRINCE进行了密钥恢复攻击.本文的7轮PRINCE差分区分器的概率为2^-56.89,8轮PRINCE的密钥恢复攻击所需的数据复杂度为2^61.89个选择明文,时间复杂度为219.68次8轮加密,存储复杂度为2^15.21个16比特计数器.相比目前已知的8轮PRINCE密钥恢复攻击的结果,包括将A.Canteaut等给出的10轮攻击方案减少到8轮,本文给出的攻击方案的时间复杂度和D×T复杂度都是最低的.     

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原有对称加密算法采用置换与替换技术.该文提出一种基于圆性质的对称密钥加密算法,采用随机数技术与密码学杂凑函数,使加密后的密文随机分布于n维几何空间,实现了抗密码分析攻击,而穷举攻击在计算上是不可行的.该算法适用于带时间戳加密、短明文加密等应用环境,实验结果验证了其可行性.     

CRYPTANALYSTS' CORNER

Abstract

The Hill cipher, also known as matrix encryption, is a polygraphic substitution cipher, developed by the mathematician Lester S. Hill in 1929. While various attacks had been known on the Hill cipher, the ciphertext-only attack without assumptions about the encryption matrix or probable plaintext words was introduced only recently by Bauer and Millward. They obtained high efficiency of attack by recovering the decryption matrix row by row rather than all rows at once. In this paper, we extend their ciphertext-only attack in two ways. First, we present a better scoring system for cryptanalysis based on the goodness-of-fit statistics. Specifically, we reduce the average number of candidate rows from 24.83 to 7.00 for 3 × 3 matrix and from 4027.78 to 1220.38 for 4 × 4 matrix. Second, we show how to apply our attacks to the Hill cipher without knowing the numeric equivalents of the letters of the plaintexts.     

Enhancing the security of AES through small scale confusion operations for data communication

With the advent of computers, networks, distributed systems and wireless data transfer technologies, data communication is subjected to potential threats and hence needs to be protected. Advanced Encryption Standard (AES) is an efficient encryption algorithm used for secure wireless communication, but its security is under threat due to different forms of theoretical and practical attacks such as linear cryptanalysis, differential cryptanalysis, boomerang attack, truncated differentials, hybrid attacks, related-key distinguishing attack, and side channel attacks. This work is focused on reducing the attacks by increasing the complexity of cryptanalysis through small scale variations in the shift row transformation and key expansion unit of the AES algorithm. The proposed small scale variations in the linear layer of the cipher unit and in the word column of key expansion unit enhances confusion during encryption. The inherent diffusion property of the algorithm along with the proposed confusion characteristics allows us to increase the overall security of the algorithm. The confusion and diffusion characteristics of the modified algorithm are found to be higher in terms of balance, Strict Avalanche Criterion and bit independence criteria. The AES variants are also tested using NIST-800-22 statistical test suite for random number generators, the small scale variations made in the architecture provides a higher degree of randomness in the ciphertext thus increasing cryptanalysis complexity. This paper also proposes an obfuscation control unit that allows on-demand selection of the three AES variants resulting in a variable encrypting pattern for a plaintext-key pair thus adding more bottlenecks to the adversaries.     

Cryptanalysis of the RCES/RSES image encryption scheme

Recently, a chaos-based image encryption scheme called RCES (also called RSES) was proposed. This paper analyses the security of RCES, and points out that it is insecure against the known/chosen-plaintext attacks: the number of required known/chosen plain-images is only one or two to succeed an attack. In addition, the security of RCES against the brute-force attack was overestimated. Both theoretical and experimental analyses are given to show the performance of the suggested known/chosen-plaintext attacks. The insecurity of RCES is due to its special design, which makes it a typical example of insecure image encryption schemes. A number of lessons are drawn from the reported cryptanalysis of RCES, consequently suggesting some common principles for ensuring a high level of security of an image encryption scheme.     

基于圆性质的加密算法

原有对称加密算法采用置换与替换技术。该文提出一种基于圆性质的对称密钥加密算法,采用随机数技术与密码学杂凑函数,使加密后的密文随机分布于n维几何空间,实现了抗密码分析攻击,而穷举攻击在计算上是不可行的。该算法适用于带时间戳加密、短明文加密等应用环境,实验结果验证了其可行性。     

基于强化学习的低时延车联网群密钥分配管理技术

车联网的通信密钥管理水平决定其信息保密性和抵御电子欺骗等基于用户身份的攻击的安全性。现有密钥管理方案采用固定频率更新车联网的群密钥,增大了密钥更新时延和加密时延。提出一种基于强化学习的低时延车联网群密钥分配管理技术,令群首车辆根据周边车辆数目变化和密钥更新记录等因素优化其群密钥的更新频率和密钥长度。该技术不需要群首车辆预知附近的车流变化模型与访问驱动高速缓存攻击模型,降低加解密时延,并在基于高级加密标准的车联网仿真进行验证。仿真结果表明,相比基准的群密钥管理方案,该技术降低密钥更新的传输时延,减少车联网的加解密计算时延,并提高群密钥的保密性。     

基于多播RSA的“零密钥更新”方案的安全分析

Lin,Tang和Wang(LTW)基于一种星型密钥分发体系结构提出了一种多素数RSA,并利用它构造了一种无需密钥更新过程的集中式组密钥管理方案。按照组密钥管理的几个主要安全需求,运用密码学的工程实践视角和计算数论的方法,对该方案提出了环幂等元攻击、选择明文攻击、求高次整根攻击以及基于椭圆曲线分解方法和中国剩余定理的串谋攻击。数学与密码分析表明：在一定的条件下可以高效实现这些攻击,而密钥服务器的加密指数的“零更新”特性正是这些安全隐患之源。