S盒密码性质的测试与研究

本文介绍了S盒的设计准则和构造方法,并利用程序实现了非线性度、扩散准则、雪崩效应、差分均匀性这几个设计准则。利用上述程序对现代主流的几个分组密码进行了分析和测试,主要就非线性度、差分均匀度、雪崩效应、扩散特性以及可逆性对其中的S盒进行了分析和讨论。此外,在上述基础上,本文采用有限域上的幂函数和逆函数线性组合的方式构造S盒。对得到的S盒的密码性质进行了分析和讨论,并与现代主流密码的S盒进行比较。     

基于仿射变换的密钥相关S盒构造方法

针对现有密钥相关S盒构造方法存在的问题,提出了仿射密钥相关S盒的概念,给出了一种由密钥获得仿射密钥相关S盒的方法及其算法;分析了仿射变换对S盒的密码指标的影响,证明了保持仿射密钥相关S盒代数次数不变的条件.理论分析及实验结果表明:利用该方法所获得的密钥相关S盒在非线性度、差分均匀性、抗代数攻击能力、代数次数、代数项数分布、严格雪崩特性等指标上显示出良好的密码学特性,从而有效克服了现有密钥相关S盒构造方法中可能出现弱S盒等不足.     

迭代混沌映射的S盒构造方法

置换盒又称为S盒,是分组密码中常采用的重要部件.首先对评价S盒性能的指标进行了分析,以非线性度、完全雪崩准则、输出比特间独立性、差分均匀性和双射作为主要的评价指标.然后利用混沌系统在相空间的高度非线性,提出了一种迭代混沌映射的S盒构造方法.仿真检测表明,利用该算法产生的S盒具有很好的密码学特性,为开发新的分组密码算法和动态S盒加密方法奠定了很好的基础.     

迭代混沌映射的S盒构造方法

置换盒又称为S盒,是分组密码中常采用的重要部件。首先对评价S盒性能的指标进行了分析,以非线性度、完全雪崩准则、输出比特间独立性、差分均匀性和双射作为主要的评价指标。然后利用混沌系统在相空间的高度非线性,提出了一种迭代混沌映射的S盒构造方法。仿真检测表明,利用该算法产生的S盒具有很好的密码学特性,为开发新的分组密码算法和动态S盒加密方法奠定了很好的基础。     

S盒布尔函数非线性度的分析

基于S盒构造准则,给出了构造较高非线性度,并具备良好密码学性质的布尔函数的理论依据;针对多输出布尔函数的非线性度和第二类非线性度,分析了两者之间的关系,并给出了有效抗击最佳多输出仿射逼近攻击的一个判断依据;最后利用walsh谱理论得出walsh循环谱与非线性度的关系,并对Camellia算法S盒中的布尔函数非线性度进行...     

一种AES S 盒改进方案的设计

S盒作为AES算法惟一的非线性运算,直接决定算法的性能。针对S盒的仿射变换对周期为4,迭代输出周期不大于88,而且代数表达式只有9项的缺陷提出了改进方案,并构造新的S盒。该改进S盒具有周期16仿射变换对,迭代输出周期为256,而且S盒和逆S盒代数表达式项数分别达到252项和254项。将改进的S盒与AES的S盒在平衡性、严格雪崩准则、非线性度等10种代数性质方面进行比较,结果表明改进S盒具有更好的代数性质,抗代数攻击的能力更强。     

一种引入SM-AES算法的数据库加密方法研究

SM—AES（S-BoxModifiedAES）算法指的是引入了S盒替换方案的AES加密算法。文章使用SM—AES加密算法对数据库进行加密处理。通过替换原有AES算法中的S盒,提高AES算法抵抗密码分析攻击的能力。改进模式之后．与之前的AES的S盒对比在性能上有了较大的提升,将其应用于数据库加密系统中,改良了其非线性和差分物质特性,提高了数据库的安全性。     

一种检测S盒能量信息泄漏的t检验方法

提升t检验对分组密码能量信息泄漏的检测效率.介绍了t检验检测能量信息泄漏的基本步骤,通过布尔函数Walsh谱对S盒的非线性性质进行了研究,引入透明阶的概念并推导了其与非线性度的关系式,进而明确了S盒输出位的非线性度与能量信息泄漏情况之间的关系.提出了一种对S盒输出位实施t检验的顺序进行确定的方法:按照S盒输出位非线性度由大到小的顺序依次进行检验.以DES加密算法第一轮S盒为例进行了验证,结果表明该方法能有效提升t检验对能量信息泄漏的检测效率.      

一种增强S盒的DES加密体制

数据加密标准DES是数据通信领域中一个至今被广泛采用的加密手段,其中的S替换盒作为该密码体制的非线性组件对安全性是至关重要的。在分析S盒设计准则与方法的同时,提出了一种增强S盒的方法,从而提高DES抗攻击能力。     

切延迟椭圆反射腔映射系统的S 盒构造

利用切延迟椭圆反射腔映射系统良好的混沌特性,构造了一类新的S一盒,详细分析了其包括双射、非线性度、严格雪崩、输出比特独立性、差分逼近概率和线性逼近概率等密码学特性,并对Kocarev等最近提出用离散混沌判定s-盒强度进行了讨论.理论分析和测试结果表明构造方法容易实现且效率较高,构造的S-盒较用其它混沌系统构造的s-盒具有更好的密码学特性,可用于已有的密码方案的进一步改进.     

Piccolo结构抵抗差分和线性密码分析能力的进一步评估

为评估Piccolo结构的密码性能, 对该结构抵抗差分密码分析和线性密码分析的能力进行研究。给出任意轮差分特征中活动轮函数和活动S盒个数的一个新的下界, 并利用Piccolo结构的差分线性对偶性, 给出任意轮线性逼近中活动轮函数和活动S盒个数的一个新的下界。同时, 证明这些下界是不可改进的。     

一类轻量级最优S盒的构造方法

S盒是对称密码算法中主要的非线性部件,其密码性质的好坏将直接影响到密码算法的整体安全性。给出了一类4比特最优S盒的构造方法,证明了此类最优S盒属于同一仿射等价类G₁,统计给出其差分、线性和代数次数等密码学性质,计算出此类S盒的硬件实现平均等效门数为25.6。在此基础上,通过带轮密钥的3轮MISTY结构和Feistel结构构造了一类8比特S盒,给出了结构最优性的定义,并给出8比特S盒达到结构最优性的一个充分条件。     

Piccolo结构抵抗差分和线性密码分析能力评估

Piccolo结构是从Piccolo算法中归结出来的一种分组密码结构,该结构的特色在于轮函数和移位变换的设计。为评估Piccolo结构的密码性能,对该结构抵抗差分密码分析和线性密码分析的能力进行了研究。给出了任意轮差分特征中活动轮函数和活动S盒个数的一个下界,并通过研究Piccolo结构的差分线性对偶性,进而给出了任意轮线性逼近中活动轮函数和活动S盒个数的一个下界。     

基于动态S盒机制及其分块优化的块加密实时更新算法研究

为了确定图像块加密算法中的S盒所能加密的最大分块数量;并能保证每个S盒在整个加密期间都可实时更新,提出了动态S盒和密文反馈机制。引入单一性距离,优化了每个S盒所能加密的最大分块数量。利用不同的S盒加密不同的分块,根据动态S盒机制形成S盒集合,用该集合根据左循环移位置乱图像分块;再用不同的S盒根据替代-移位操作加密置乱分块。设计的密文反馈机制改变混沌映射迭代次数,增强每个S盒与明文图像之间的关系,确保本文算法可实时更新。MATLAB仿真结果表明:动态S盒的非线性很高;且与其他算法相比,算法可实时更新,其安全性最高,密钥空间大,抗攻击能力强。     

S-盒特性与DES强度

介绍了差分密码分析，讨论了数据加密标准（ＤＥＳ）的Ｓ－盒的结构与差分特性，然后通过Ｆ－函数将Ｓ－盒的局部特性扩展到整个密码结构。为考察Ｓ－盒顺序对ＤＥＳ强度的影响，进行了大量的测试工作，指出了改变Ｓ－盒的顺序不会影响密文对明文和密钥的敏感性，并揭示了Ｓ－盒顺序的改变对密文影响的正态分布特性。以最佳概率讨论了Ｓ－盒顺序有利于抗差分密码分析，证明了Ｓ－盒顺序对抗差分密码分析是一个良好的方法。最后给出了重排Ｓ－盒的随机化算法。     

基于多维动态S盒和LFSR的分组密码算法

提出一种基于多维动态S盒混淆替换和n级联动线性反馈移位寄存器(LFSR)的分组密码算法.首先,通过矩阵变换初步将明文扰乱,进而进行多维动态S盒混淆替换,以此增强密文的非线性安全度;然后,通过列混淆函数进行组字节位循环移位,增强密文的扩散性;最后,使用n级联动线性反馈移位寄存器组生成动态密钥,增强每一轮迭代时的密钥随机性,使算法具有密码分组链接模式.性能分析结果表明:相对于AES算法和DES算法,本算法在增强安全性的同时对算法加解密速度影响较小.相关系数检验和差分分析实验进一步证明了算法可有效抵抗线性密码分析攻击和差分分析攻击等目前主流的密码算法攻击手段.     

基于walsh谱的功耗分析建模及仿真研究

功耗分析能有效析出内嵌AES密码芯片的密钥,为了证明AESS盒和功耗分析内在联系,找到防范功耗分析的办法,该文通过分析AES差分功耗分析和相关功耗分析建模原理,结合walsh谱的分析方法,提出基于walsh谱的功耗分析的新方法,证明了分组密码布尔函数非线性度越高,密码防范功耗分析能力就越弱的结论.实验表明,相对差分和相关功耗分析而言,基于walsh谱的功耗分析有效提高了析出密钥的效率和精度.图3,表1,参8.     

Rijndael算法的结构与安全性分析

阐明了Rijndael是一种第一轮和最后一轮特殊处理的SP结构;分析了S层S盒的代数特性、P层的分支数和密钥加层的主要变换,证明了Rijndael具有抵抗差分密码分析、线性密码分析、密钥相关攻击和其他已知密码攻击的能力,从一个新的角度揭示了Rijndael算法的安全性.     

基于动态复合混沌系统的S盒设计

S盒是分组密码中重要的非线性部件之一.基于多混沌系统及复合思想,并引入Arnold映射置乱算法,提出了一种混沌S盒的产生方法.首先,提出了几种混沌方程,并对方程的自相关性和互相关性进行了分析,证明它们具有很好的伪随机性.接着,引入了动态复合混沌系统,形成了一种新的混沌系统.运用线性同余发生器可以延长混沌周期的思想,结合动态复合混沌系统,形成了一种新的伪随机序列的产生方法.将所形成的伪随机序列构造成临时的S盒,再利用Arnold映射将临时S盒置乱形成新的S盒.最后,对所产生的S盒做了严格的性能测试,并将本文S盒特性与前人提出的S盒进行了对比,对比分析显示本文所提出的算法产生的S盒具有良好的密码学性能,在空间网络安全及轻量级密码中具有很好的应用前景.     

数据加密标准中S盒非线性设计分析

数据加密标准 DES(Data Encryption Standard)是数据通信领域中一个至今被广泛采用的加密手段,其中的替换盒S作为该密码体制的非线性组件对安全性是至关重要的,分析S盒的设计准则与方法,将有助于了解 DES的核心技术,并为改进设计提供可能.