Design and Cr yptanalysis of Symmetric Key Primitives.pdf

1、分組密碼作為密碼學(xué)中重要的組成部分，在許多密碼算法的構(gòu)造中起到了重要作用。本論文主要闡述了對稱密碼算法，尤其是分組密碼和流密碼算法的設(shè)計與安全性分析方法。論文共分為三個部分。
　　首先，我們介紹了混合整數(shù)線性規(guī)劃（MILP），并討論了其在對稱密碼安全性分析中的應(yīng)用。眾所周知，差分分析和線性分析方法是對稱密碼算法分析最有效的兩種統(tǒng)計分析方法。所以抵抗差分分析和線性分析是現(xiàn)代密碼算法設(shè)計的最重要原則。我們提出一種基于MILP的方法，可

2、以給出算法針對差分分析和線性分析的安全界。我們的方法應(yīng)用范圍廣泛，能夠大大減少算法設(shè)計者和分析人員的工作量，進(jìn)而提高其工作效率。本論文將MILP成功地應(yīng)用在對稱密碼算法的幾個方面：首先我們成功證明了流密碼Enocoro-128v2的差分和線性分析的安全上界。其次，對于具有擴(kuò)散轉(zhuǎn)換機(jī)制（DSM）的類CLEFIA的一般Feistel結(jié)構(gòu)（GFN），我們證明了更好的線性活性S盒的下界，并首次證明了GFN采用DSM的擴(kuò)散方法，可以獲得更多的活性

3、S盒，進(jìn)而提高算法抵抗線性分析的能力。再次，在認(rèn)證加密算法CAESAR競賽候選算法PRIMATEs的設(shè)計中，基于抵抗差分分析和線性分析的理論，我們利用MILP的方法搜索選定底層置換PRIMATE的行變換（ShiftRows）的值，并且給出PRIMATE抵抗差分分析、線性分析和碰撞攻擊的安全上界。最后，利用MILP的方法，我們首先構(gòu)造了Rijndael-160/160和Rijndael-192/192的相關(guān)密鑰矩形區(qū)分器，并在此基礎(chǔ)上對其

4、分別給出了到論文寫作時最多輪數(shù)的攻擊。
　　其次，本論文也研究了分組密碼的安全性分析:首先我們對Rijndael-224和Rijndael-256進(jìn)行不可能差分分析，據(jù)我們所知，我們的不可能差分攻擊仍是最好的攻擊結(jié)果。其次我們也對NSA設(shè)計的輕量級分組密碼SIMON進(jìn)行了分析，并首次嘗試了積分攻擊和零相關(guān)線性攻擊。最后我們研究了Eurocrypt2015上提出的針對多方計算（MPC）和同態(tài)加密（FHE）設(shè)計的分組密碼LowMC，基