分組密碼算法XTEA的差分分析和模減差分概率的研究.pdf

1、Tiny Encryption Algorithm(TEA)算法是輕量級分組密碼算法之一，該算法由Wheeler等人在1994年FSE會議上提出的分組密碼算法。TEA算法的分組長度為64比特，密鑰長度為128比特，迭代輪數(shù)為64輪。該算法整體采用Feistel結(jié)構(gòu)，輪函數(shù)只包含異或運(yùn)算，比特移位，模加運(yùn)算，屬于ARX結(jié)構(gòu)密碼算法。TEA算法提出后，由于輪函數(shù)結(jié)構(gòu)新穎和軟硬件實(shí)現(xiàn)效率較高，得到密碼學(xué)界的廣泛關(guān)注。后來Needham等人分析

2、TEA算法含有兩大弱點(diǎn):一是TEA算法輪函數(shù)的混淆部分存在相關(guān)密鑰攻擊，二是主密鑰的有效長度是126比特而不是128比特，為了克服以上弱點(diǎn)Needham等人改進(jìn)TEA算法，得到Tea extensions算法，簡稱XTEA算法。
　　XTEA算法也屬于ARX結(jié)構(gòu)密碼算法;分組長度同樣為64比特，密鑰長度128比特，迭代輪數(shù)為64輪。該算法整體仍采用Feistel結(jié)構(gòu)，輪函數(shù)結(jié)構(gòu)比較簡單，是由移位操作，模232的加法運(yùn)算和異或運(yùn)算構(gòu)

3、成的。目前XTEA算法也存在很多分析結(jié)果，Moon等人提出對XTEA算法的不可能差分攻擊，Hong等人的差分攻擊和截?cái)嗖罘址治龅鹊?，都取得比較好的結(jié)果。
　　本文主要回顧模加運(yùn)算的差分概率及其性質(zhì)、XTEA算法的3輪迭代差分區(qū)分器和SPECK算法的差分攻擊方法。利用Hong等人找到的14輪差分區(qū)分器，將Dinur對SPECK算法的差分攻擊方法-“2round attack”的思想與XTEA算法輪函數(shù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，運(yùn)用257.795個

4、明文對，對XTEA算法進(jìn)行差分分析，時間復(fù)雜度為2123.795,存儲復(fù)雜度為222字節(jié)，并將Hong等人對XTEA算法的15輪差分攻擊提升到21輪，并恢復(fù)密鑰，是對XTEA算法傳統(tǒng)差分攻擊中目前最好的結(jié)果。
　　本文最后是在Lipmaa和Mouha等人的研究基礎(chǔ)上，對三輸入一輸出異或運(yùn)算的模減差分的概率及其性質(zhì)進(jìn)行研究，Lipmaa和Mouha等人只是對兩輸入一輸出的異或運(yùn)算進(jìn)行研究并提出三輸入一輸出的異或運(yùn)算的模減差分概率應(yīng)用