基于Grover算法的量子密角搜索攻擊研究.pdf

1、Grover量子搜索算法具有優(yōu)于經(jīng)典算法的效率和搜索問題廣泛適用性，以密碼學(xué)為基礎(chǔ)的信息安全關(guān)系到國防和金融安全，開展Grocer搜索算法的相關(guān)理論研究意義重大。論文著重研究了基于Grover搜索算法的分組密碼量子密鑰搜索問題和hash函數(shù)量子碰撞問題，主要包括以下內(nèi)容：
　　 建立并研究了基于Grover算法的分組密碼量子密鑰窮舉攻擊模型，給出了量子密鑰搜索的框架和量子黑箱Oracle設(shè)計原理。分析研究了分組密碼量子密鑰搜索的

2、惟一解問題，為了保證量子搜索的成功，必須根據(jù)惟一解距離拼接相應(yīng)數(shù)量的分組進行搜索。在分析經(jīng)典大規(guī)模并行密鑰搜索的基礎(chǔ)上，提出了并行量子密鑰搜索。并行量子密鑰搜索機使用經(jīng)典計算機分配密鑰空間，通過控制大量量子搜索芯片執(zhí)行并行量子搜索。闡述了并行量子密鑰搜索的可行性，分析了量子密鑰搜索的性能，得出了其搜索的成功概率接近1，以及大規(guī)模并行量子搜索對當前256比特以下的對稱分組密碼將構(gòu)成威脅的結(jié)論。
　　 研究了分組密碼量子密鑰搜索線路

3、的設(shè)計問題，給出了量子密鑰搜索Oracle線路的頂層框圖。在分析AES算法和DES算法的計算流程和需要實現(xiàn)的計算模塊的基礎(chǔ)上，詳細設(shè)計了AES算法和DES算法密鑰搜索的量子線路。在量子線路的設(shè)計過程中，采用不同的退計算策略實現(xiàn)各模塊，節(jié)約了時空資源。
　　 研究了分組密碼算法的密鑰長度、加密算法構(gòu)件和子密鑰生成程序?qū)Φ挚沽孔铀阉鞴舻哪芰Φ挠绊?。提出量子搜索攻擊條件下的對稱分組密碼優(yōu)化策略：密鑰長度至少在256比特以上，并盡可能

4、提高其與分組長度的比值；采用大的隨機S盒查表運算作為代換部件；每一輪子密鑰要依賴于前面所有的子密鑰。針對上述優(yōu)化原則，設(shè)計一種強化抵抗量子搜索攻擊的對稱分組密碼算法RKM-q。RKM-q算法采用獨特的密鑰S盒，大大增加了量子密鑰搜索的硬件復(fù)雜度。
　　 在分析hash函數(shù)性質(zhì)及其抗碰撞性要求的基礎(chǔ)上，建立并研究了hash函數(shù)的量子弱碰撞模型，給出了hash函數(shù)量子弱碰撞攻擊的Oracle搜索線路的框架。針對MD4和MD5算法，采