基于Feistel结构的分组密码算法Eslice

一族安全性较高的分组密码算法Eslice,包含3个版本:Eslice-64-64,分组长度和密钥长度均为64比特;Eslice-64-128,分组长度为64比特,密钥长度为128比特;Eslice-128-128,分组长度和密钥长度均为128比特。Eslice的设计灵感源于LBlock。整体采用Feistel结构,轮函数采用SP结构,所选取的S盒其各项密码性质均达到最优。线性变换仅有循环移位和异或两种操作,且密钥生成算法与加密算法使用相同的S盒。进一步,分析Eslice针对差分、线性、积分等密码分析方法的安全性,利用基于混合整数线性规划(MILP)的搜索模型,得到20轮的最小活跃S盒的个数为41个,比LBlock 20轮的最小活跃S盒的个数少3个,通过活跃S盒的个数估算差分概率和线性偏差,对算法进行安全性评估。结果表明,Eslice算法可以有效的抵抗差分攻击和线性攻击。     

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.     

LBlock分组密码代数旁路攻击

对轻型分组密码LBlock抗代数旁路攻击安全性进行了评估.给出了LBlock密码算法的代数方程表示方法,使用示波器采集微控制器ATMEGA324P上的LBlock实现功耗泄露,利用泊松相关系数方法推断加密中间状态汉明重,基于可满足性问题并转化为代数方程组,同LBlock密码算法代数方程联立,最后使用CryptoMinisat解析器进行方程组求解,成功恢复加密密钥.实验结果表明:微控制器上的LBlock实现易遭受代数旁路攻击,仅需一条功耗曲线,已知明密文下的3轮汉明重泄露、未知明密文条件下6轮汉明重泄露分别经2.4s和0.4s分析即可恢复80 bic完整密钥.     

六轮DES截断差分攻击算法的改进与实现

对分组密码进行截断差分攻击时,部分S盒会产生很多组子密码候选值,导致暴力攻击剩余密钥位时消耗大量时间.本文详细分析了截断差分算法中出现多组密钥候选值的原因,并分析了其出现的概率.提出两种改进截断差分攻击方案,减少候选子密码的数量并提高了攻击效率.第1种方法基于各轮S盒子密钥的非独立性,利用轮密钥在初始密钥中的重复位得到最终的候选值,最终筛选出只有一组候选值的概率达到40%左右.第2种方法将计算得到的8个S盒的所有6比特候选子密钥进行计数,选取出现频率最高的密钥,最终使48比特的候选密码个数缩减为一个.通过对六轮DES密码算法攻击的实验数据分析得知:第2种方法能够恢复出唯一的48比特子密码.     

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.     

对一种基于排序变换的混沌图像置乱算法的商榷

针对"基于排序变换的混沌图像置乱算法"一文提出的密码系统进行了安全性分析.在有限数字精度下,密钥空间小不足以抵抗唯密文攻击.在选择明文攻击或选择密文攻击下,置换地址码可以重现.在此基础上,结合Logistic混沌映射的反向迭代,提出了一个密钥恢复算法.理论和实验结果均表明,该密钥恢复算法是实际可行的.有限数字精度的限制和线性变换的弱点,是导致该密码系统不够安全的两个主要原因.最后讨论了五种可能采取的改进措施及其效果.     

椭圆曲线密码ML算法电路实现的功耗攻击

针对有限域GF(2'163)上椭圆曲线密码(ECC)的ML算法电路.实现了一种简单有效的差分功耗分析(DPA)方法.该方法结合单密钥多数据攻击,按密钥比特对功耗轨迹分段差分运算.基于功耗仿真的实验结果表明:仅对单条功耗曲线进行差分分析就能够以极短的时间恢复出密钥比特,从而证明ECC的ML算法实现只具备抗时间攻击和抗简单功耗分析攻击效果,却不能对抗DPA攻击.     

对流密码算法Phelix的差分故障攻击

流密码算法Phelix是ESTREAM计划的一个候选算法,文中给出了模2n加环节XY=Z的一个基于单比特故障的差分方程组求解算法.利用该算法采用面向比特的故障诱导模型对Phelix进行了差分故障攻击,该攻击理论上只需652个单比特故障就能完全恢复256 bit的工作密钥,计算复杂度为O(220).实验结果显示,Phelix算法对差分故障攻击是不安全的.     

对流密码算法LEX的差分故障攻击

基于面向比特随机故障模型对流密码算法LEX(Leak EXtraction)进行了差分故障攻击,得出：需要96对正误输出密钥流和232次计算或120对正误输出密钥流和216次计算可完全恢复128 bit初始密钥.结果显示LEX对差分故障攻击是不安全的.     

一种基于选择明文-时间差异的边信道攻击方法

为了研究密码算法的安全性能,提出了一种基于选择明文-时间差异的边信道攻击(简称选择明文-时间攻击)方法.该方法通过选择少量适当的明文输入密码系统,检测相应部分代码的执行时间,从而分析获取密钥,用来攻击分组密码或公钥密码系统.为了便于说明,文中以分组密码DES算法为例,详述了选择明文-时间攻击的具体实现.在单片机上的实验...     

基于假分数阶激光混沌的数字图像加密研究

为提高信息加密的安全性,设计了一种基于假分数阶激光混沌系统的加密算法,密钥空间由系统的初始状态变量、参数和分数阶次构成,且把所有明文像素值代入密钥,从而提高算法的抗破解能力.数值模拟中对Lena灰度图和Couple彩色图等数字图像进行加密.理论分析和数值仿真表明,该算法的加密空间大,可以有效抵抗密文攻击、差分攻击、选择明文攻击和统计攻击,在多媒体数据的安全通信中具有发展潜力.     

有限域上代数方程算法问题研究2013年度报告

该年度围绕关键科学问题"有限域上代数方程求解",结合密码学理论,在求解算法研究及其密码应用方面取得了以下3个方面的进展:(1)在有限域上方程系统求解算法方面,提出了一个二元域上带噪方程系统的求解算法;给出了一种从代数方程到CNF转换的高效算法;(2)在利用代数方程求解算法进行密码分析方面,推进了分组密码KATAN、PRINCE等分析;在多变量密码的分析方面,利用线性化方法分析了MFE改进方案、扩展的多变量公钥密码方案、两层非线性Piece in hand增强方案,用多项式向量的不确定插值方法改进了对SFLASH密码体制的攻击;利用线性化方法或格基约化算法分析了一些基于格及背包问题的密码算法;在代数攻击中自动推理方法的研究方面,利用解方程组的思想,提出了基于字的分组密码算法的不可能差分路径自动化搜索的算法,扩展了Mouha等人基于混合整数线性规划的方法,给出了一种自动化评估比特级分组密码抵抗相关密钥差分攻击安全性的方法;(3)在利用代数方法设计对称密码组件方面,给出了一系列基于线性反馈移位寄存器实现的低代价最优扩散层的构造;否证了C.Carlet于1998年提出的"任何一个AB函数都EA等价于一个置换"的猜想。除以上3个方面之外,针对ALE认证加密算法泄露消息没有受到密钥保护的特点,提出了一种新的伪造攻击方法——泄露状态伪造攻击。     

基于扩展混沌映射的动态身份认证密钥协商协议

针对密钥协商中的安全性问题,结合混沌映射良好的密码特性,提出了一种基于扩展混沌映射的动态身份认证密钥协商协议.协议进行密钥协商时,用户的身份是动态变化的,在实现用户匿名同时,能抵抗冒充攻击和重放攻击;协议执行过程中没有使用时间戳和对称、非对称加/解密算法,降低了协议执行时计算的复杂度,提高了运行效率;安全性基于扩展切比...     

AES不可能差分攻击的进一步改进

AES是目前使用最广泛的分组密码算法。不可能差分密码分析是评估分组密码算法安全性的重要方法之一,目前AES-128的7轮不可能差分密钥恢复攻击是单密钥模式下轮数最长的攻击之一。在不可能差分攻击中,为了获得满足区分器差分的数据,需要进行数据对和猜测密钥的筛选,它们之间有很强的关联性,对攻击复杂度有很大影响。通过对筛选数据对和猜测密钥进行折中可以使不可能差分攻击的时间复杂度较低。目前时间复杂度最低的7轮AES-128不可能差分攻击是2010年Mala等利用筛选数据对和猜测密钥的一个折中提出的,攻击的时间、数据和存储复杂度分别为2^110.1、2^106.2和2^94.2。如果采用只筛选数据对的方法,攻击的数据复杂度和存储复杂度相对较低。2018年,Boura等利用只筛选数据对得到时间、数据和存储复杂度分别为2¹¹³、 2^105.1和2^74.1(原文中的时间复杂度2^106.88被更正为2¹¹³)的7轮AES-128不可能差分...     

一种抗能量分析攻击的混沌密码系统

研究表明很多密码系统虽然通过了常规安全性能测试，但是被证明可通过侧信道攻击破解，从而破获密码系统的敏感信息.为了抵抗侧信道攻击，设计了一种基于混沌的密码系统.该密码算法用两个混沌映射分别生成轮密钥和随机序列数，中间数据由明文、轮密钥和随机序列数三者通过异或操作生成，从而达到扩大密钥空间的目的.此外，随机序列数还控制随机化操作，通过随机化操作，将中间数据与能量消耗的关系进行隐藏，减少侧信道信息的泄露，以此达到抵抗能量分析攻击的目的.为了评估设计的密码系统的安全性，首先对其进行了常规测试，例如字符频率测试、信息熵测试和依赖性测试等，实验结果表明该系统具有良好的安全性能.其次，将该加密算法在Atmel XMEGA128芯片上实现，并对其进行了相关能量分析，结果表明所提出的密码系统可以防御相关能量分析攻击.     

基于超混沌和扩展Cat映射的实时视频流加密算法

为提高密码的抗攻击性,利用超混沌系统随机性好、可确定再生,且密钥空间较大的特性,提出了一种基于四维连续超混沌系统和扩展Cat映射的实时视频流加密算法。该算法将流密码和块密码相结合,实现视频流的实时加密,克服了现有的多数基于混沌系统的视频加密算法不能抵抗已知明文攻击和密钥空间小的缺点。流密码采用四维连续超混沌方程进行加密,可同时生成4个混沌序列,既提高了加密速度,又增加了密码的复杂度。块密码应用扩展的Cat映射,通过将信息置乱进行加密,Cat映射对初值和参数敏感,置乱效果好,且是双射函数,适合于信息的加密。实验结果表明,该算法安全性高,密钥空间大,能抵抗统计分析、差分攻击,密钥敏感性高,加密速度快,可达到3 Mb it/s,满足实时处理的要求。同时,该算法与视频压缩算法相独立,实现简单。     

一种改进的跨域口令密钥交换协议

跨域的端到端的口令认证密钥交换(C2C-PAKE)协议,可实现不同区域的两个客户通过不同的口令协商出共享的会话密钥.首先对Byun2007的C2C-PAKE协议进行了描述,并针对其安全性进行了分析,发现该协议易遭受口令泄露伪造攻击的安全漏洞,提出了一种高效的改进的跨域口令认证密钥交换协议.该协议引入公钥密码体制能够有效抵抗口令泄露伪造攻击和不可检测在线字典攻击,且只需要6步通信.安全性分析表明该协议是安全有效的.     

一个基于SIP安全的三因子密钥认证协议

Yoon和Yoo运用椭圆曲线密码提出了一个新的基于会话发起协议(SIP)的三因子密钥认证方案并声称能够抵抗多种攻击.然而,作者研究发现Yoon和Yoo的方案不能抵挡伪造攻击和中间人攻击.为了改进以上缺陷,提出了一个安全、有效的三因子远程认证新方案并进行了安全性分析,分析表明新方案可以抵挡以上攻击并实现了用户匿名性.     

基于故障注入的硬件木马设计与差分分析

基于差分故障分析原理,提出一种实现密码芯片密钥泄漏的新型硬件木马设计.利用随机状态值实现激活电路,利用单个异或门(XOR)实现故障注入,构建基于故障信息的差分分析模型.以数据加密标准(data encryption standard,DES)密码算法为攻击目标,以SASEBO旁路攻击标准评估板作为硬件实现平台,设计并实现了极小化的泄漏型硬件木马电路,其逻辑测试空间超过2117,且仅需5个寄存器和8个LUT.采用差分分析方法,对两组故障信息进行分析,经过171.68s成功破解密钥.     

基于混沌映射理论的身份验证蜻蜓密钥交换协议

蜻蜓协议是一种基于密码身份验证的密钥交换协议,该协议已经成为IETF的一个互联网使用的候选协议。然而,Harkins分析了该协议的安全性后,设计了一个算法成功地在一个多项式的时间内完成了对蜻蜓密钥交换协议的攻击。提出一种采用混沌映射理论设计算法的改进蜻蜓密钥交换协议,该协议基于混沌映射的离散对数问题CMBDLP和混沌映射的DiffieHellman问题CMBDHP,使用有限域乘法算法取代传统的混沌映射对称加密的方法,并且算法中引入Hash函数的计算,一方面提高了算法的效率,另一方面提高了算法的安全性。因此,与目前的蜻蜓协议相比,该协议更安全、更高效、更实用,可以抵抗密码猜测攻击、重放攻击、欺骗攻击、内部攻击以及Harkins提出的攻击,并且实现了完全正向保密和已知密钥保密。