一類輕量級密碼算法的研究.pdf

1、近些年來，輕量級分組密碼算法是密碼學(xué)中一個非常熱門的研究方向。輕量級分組密碼算法能很好的應(yīng)用于當(dāng)下飛速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，智能卡，各種穿戴式設(shè)備等資源受限的環(huán)境中去。相對于傳統(tǒng)的分組密碼，輕量級分組密碼有著實(shí)現(xiàn)方便，功耗低，運(yùn)行速度快，只需要少量的硬件資源就能實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。但對于它們的安全性強(qiáng)度問題就引起了越來越多密碼學(xué)專家的研究，以便更好的在實(shí)際環(huán)境中應(yīng)用。差分故障攻擊是由E.Biham和A.Shamir為了深入研究數(shù)據(jù)加密協(xié)

2、議（DES）的安全性提出的一種新方法。差分故障攻擊是把數(shù)學(xué)分析理論和物理分析方式相結(jié)合的一種分析手段。它只需要較少的故障密文和較小的搜索空間就能恢復(fù)出密碼算法的原始密鑰，所以差分故障攻擊被廣泛用于各種輕量級分組密碼的安全性分析中。
　　本文選取了兩個基于代換置換網(wǎng)絡(luò)（SPN）結(jié)構(gòu)設(shè)計的輕量級分組密碼算法進(jìn)行分析：PRESENT算法和 KLEIN算法。本文通過分析PRESENT算法和KLEIN算法結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，故障傳播特點(diǎn)，設(shè)計出適合的

3、攻擊模型，然后用軟件搭建加解密過程和攻擊過程，對這兩種加密算法進(jìn)行差分故障攻擊并分析它們的安全性。最后提出了針對KLEIN算法的一種改進(jìn)方法來防御差分故障攻擊。具體的研究內(nèi)容如下：
　　1.說明了PRESENT算法的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)，根據(jù)PRESENT算法故障傳播特性，創(chuàng)建不同的攻擊模型，用改進(jìn)后的差分故障攻擊方式，對PRESENT算法進(jìn)行了攻擊。具體攻擊在PRESENT算法加密過程中導(dǎo)入故障，分別在30輪，29輪直到3輪進(jìn)行攻擊，還

4、原該算法的原始密鑰，并對攻擊結(jié)果和安全性進(jìn)行分析。
　　2.說明了KLEIN算法的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)，根據(jù)KLEIN算法故障傳播特性，同樣創(chuàng)建攻擊模型，對 KLEIN算法進(jìn)行了單字節(jié)差分故障攻擊。具體攻擊分別在KLEIN算法加密過程的第10輪，第9輪直到第4輪進(jìn)行攻擊，最后恢復(fù)出KLEIN算法全部的原始密鑰，并對攻擊結(jié)果和安全性進(jìn)行分析。
　　3.說明了極大距離可分碼（MDS）矩陣基于指數(shù)直接構(gòu)造方法，給出了理論證明過程。把新生成