分組密碼新型區(qū)分方法研究.pdf

1、分組密碼在網(wǎng)絡與信息安全領域發(fā)揮越來越重要的作用，分析現(xiàn)有分組密碼算法的安全性是目前研究的熱點。在分組密碼算法安全性分析中，構造區(qū)分器是最關鍵的步驟。注意到，常見的區(qū)分器主要利用密碼算法的擴散層來設計，而利用算法的混淆層（特別是S盒）來設計區(qū)分器仍是目前的研究難點。本文將基于密碼S盒研究分組密碼新區(qū)分方法。本文的主要研究成果如下：
　　1.提出AES算法新的4輪中間相遇區(qū)分器。基于S盒的輸入輸出比特關系，提出了AES新的4輪中間相

2、遇區(qū)分器，利用新的4輪區(qū)分器對7輪AES-192進行分析。結果表明：攻擊所需的數(shù)據(jù)復雜度為232個選擇明文，存儲復雜度為2182個AES分組長度，時間復雜度為2184次算法加密。與已有結果相比，新攻擊所需的存儲復雜度和時間復雜度明顯降低。進一步，利用AES-192的密鑰編排特點，對8輪AES-192進行分析，結果表明：新攻擊所需的數(shù)據(jù)復雜度為232，存儲復雜度為2176，時間復雜度為2178.6。與若干已有結果相比，數(shù)據(jù)復雜度明顯降低。

3、
　　2.提出S盒新分解方法及其應用。基于S盒的代數(shù)結構，提出S盒的局部分解方法，并對若干算法S盒（包括4位及8位S盒）進行測試。結果表明：Lblock、PRINCE、PRESENT和Midori等算法的4位S盒是安全穩(wěn)固的；AES、SMS4、和ARIA等算法的8位S盒的代數(shù)結構良好；FOX算法的8位S盒代數(shù)結構稍差。發(fā)現(xiàn)Zhang等提出的高度非線性GF(2)8→GF(2)3及GF(2)8→GF(2)4S盒（Zhang WG,Pa

4、salic E.Highly nonlinear balanced S-boxes with good differential properties[J].IEEE Transactions on Information Theory,2014,60(12):7970-7979）存在某些安全缺陷。此外，這些S盒進行差分操作后得到的差分S盒代數(shù)結構較弱。
　　3.給出幾個高強度S盒的安全性新分析及其在Midori-64變體算法分析

5、中的應用。利用求解非線性不變函數(shù)的方法，對Guo等在FSE2017上提出的五個高強度S盒進行測試，結果表明：五個S盒中的三個S盒存在二次非線性不變函數(shù)。如果用這三個S盒分別直接替換輕量級分組密碼Midori-64的S盒，結果證實：Midori-64變體算法將存在嚴重的安全漏洞，即在非線性不變攻擊下，存在264個弱密鑰，攻擊所需的數(shù)據(jù)及時間復雜度可忽略不計。這進一步表明這三個S盒存在缺陷。
　　4.提出Grain-v1算法新的猜測確