輕量級分組密碼算法的安全性分析.pdf

1、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，使得人們的信息交流愈加方便，也更加頻繁，信息安全問題也越來越受到人們的重視。物聯(lián)網(wǎng)中大量部署的RFID標簽、智能卡、傳感器等設(shè)備，一般計算能力較低、存儲空間及能源供應都有限，在這些設(shè)備上進行信息保護時，通常需要設(shè)計執(zhí)行效率高、資源消耗少的輕量級密碼算法。近年來，輕量級密碼算法的設(shè)計與分析受到了人們的廣泛關(guān)注，密碼學者相繼提出了許多輕量級密碼算法，而這些算法本身是否足夠安全，也需要進行細致的研究。
　　本文首先評估了一

2、個可用于輕量級密碼算法的結(jié)構(gòu)抗差分/線性分析的安全性，然后以具體算法為例，從不同角度分析了它們的安全性。主要結(jié)果如下:
　　1.研究了輪函數(shù)為SPN型GF-NLFSR結(jié)構(gòu)抗差分分析和線性分析的實際安全界。采用“分而治之”的策略，證明了對于輪函數(shù)為SPN型的n分支GF-NLFSR結(jié)構(gòu)，當輪函數(shù)中線性變換P的線性分支數(shù)為Bl時，任意連續(xù)2nr輪線性特征所包含活躍S盒數(shù)目的下界滿足：
　　L(2nr)≥Bl× r+r/2,

3、　　進一步地，通過分析GF-NLFSR結(jié)構(gòu)差分特征與線性特征的對偶特性，證明了GF-NLFSR結(jié)構(gòu)抗差分分析與抗線性分析的實際安全界是統(tǒng)一的。當使用GF-NLFSR結(jié)構(gòu)設(shè)計密碼算法并評估其對差分和線性攻擊的抵抗強度時，只需評估其中一個即可。
　　2.首次評估了輕量級分組密碼算法PRINCE抗截斷差分分析的能力。在分析中結(jié)合了不動子集以及“超級S盒”的思想，針對不同的輪函數(shù)組合形式，給出了5輪和6輪截斷差分區(qū)分器，并基于5輪截斷差分

4、區(qū)分器對7輪的PRINCEcore進行了密鑰恢復攻擊。該結(jié)果從新的角度描述了PRINCE算法的安全性，且區(qū)分器以及密鑰恢復攻擊均與PRINCE算法中參數(shù)α的取值無關(guān)。
　　3.重新評估了輕量級分組密碼算法PUFFIN抗積分攻擊的能力。采用基于比特的積分思想和有限域上的多項式函數(shù)理論，構(gòu)造并證明了PUFFIN算法的5輪積分區(qū)分器，利用高階積分的思想將5輪積分區(qū)分器擴展至6輪，并對8輪的PUFFIN算法進行了密鑰恢復攻擊。該攻擊可恢復

5、100比特密鑰，數(shù)據(jù)復雜度為220個選擇明文，時間復雜度約為233次8輪加密，存儲復雜度為220，這是目前為止對PUFFIN最好的積分分析結(jié)果。
　　4.將“超級S盒”思想引入差分故障攻擊，并對兩個不同結(jié)構(gòu)的輕量級分組密碼算法Piccolo和LED進行了差分故障分析。將Piccolo輪變換中的SPS函數(shù)視為超級S盒，采用面向半字節(jié)的隨機故障模型，提出了一種針對Piccolo-80算法的差分故障分析方法。將LED算法連續(xù)2輪變換當作