本文關鍵詞：分組密碼Biclique分析方法的研究及其應用

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【摘要】：在過去的幾年里,隨著通信和電子技術(shù)的快速發(fā)展,FRID標簽和傳感器網(wǎng)絡等低消耗設備用在了人們的日常生活中,例如訪問控制、停車管理、E-健康等。傳統(tǒng)分組密碼已不適用于這種極其受限制的環(huán)境,輕量級分組密碼應運而生。與傳統(tǒng)的分組密碼相比,輕量級分組密碼的密鑰長度和分組長度較短,算法結(jié)構(gòu)較簡單。輕量級分組密碼主要用于大批量、低成本的安全產(chǎn)品中,如移動通信網(wǎng)中的智能終端,衛(wèi)星導航系統(tǒng)中的定位終端,物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器終端等。這些系統(tǒng)終端數(shù)量巨大,功耗要求嚴格,處理器功能較弱,內(nèi)存有限,算法一旦攻破會造成巨大損失。輕量級分組密碼安全性冗余不夠,安全性有待進一步深入研究。另外,輕量級分組密碼算法安全性的研究也是對密碼技術(shù)的理論擴充。2011年,Andrey Bogdanov等人首次將用于攻擊Hash函數(shù)的Biclique技術(shù)用于對分組密碼算法AES的攻擊,使得Biclique攻擊成為第一個以低于窮搜復雜度對AES所有密鑰版本的全輪密鑰恢復攻擊。Biclique攻擊僅僅需要一小部分的密碼本和低的存儲需要。隨后,Biclique密碼分析被廣泛應用于分組密碼PRESENT、MIBS、PRINCE、LED、KLEIN等的安全性分析中。由此可見,Biclique密碼分析方法的研究對分組密碼,尤其是輕量級分組密碼的設計和分析具有重要的理論意義和實際價值。本論文所做的工作如下:(1)詳細介紹了平衡Biclique和星型Biclique兩種結(jié)構(gòu)密碼分析方法的相關知識。包括兩種Biclique結(jié)構(gòu),利用獨立相關密鑰差分來構(gòu)造Biclique的方法,匹配預計算,以及復雜度分析等。(2)選擇輕量級分組密碼LED-112,給出其抗平衡Biclique攻擊結(jié)果。攻擊的計算復雜度為2~(111.37)次加密,數(shù)據(jù)復雜度為642個選擇明文,存儲復雜度為82。這是對112比特密鑰長度的LED算法的首次Biclique攻擊。(3)選擇傳統(tǒng)分組密碼算法AES,給出其抗星型Biclique攻擊結(jié)果。攻擊的計算復雜度為2~(126.7)次加密,所需要的數(shù)據(jù)可以降低到一個單一的明密文對。(4)選擇輕量級分組密碼算法PRINCE,給出PRINCEcore抗平衡Biclique攻擊結(jié)果。攻擊的計算復雜度為2~(62.68)次加密,數(shù)據(jù)復雜度為2~(32),存儲復雜度為2~8。通過更好的選擇Biclique結(jié)構(gòu)中的差分特征,攻擊的計算復雜度和數(shù)據(jù)復雜度都要優(yōu)于之前對PRINCE的Biclique攻擊結(jié)果。(5)同樣對PRINCE算法,給出PRINCEcore抗星型Biclique攻擊結(jié)果。攻擊的計算復雜度為2~(63.04)次加密,數(shù)據(jù)復雜度能夠降低到一個已知的明密文對。據(jù)我們所知,數(shù)據(jù)復雜度是最優(yōu)的。
【關鍵詞】：輕量級分組密碼 Biclique密碼分析 LED AES PRINCE 中間相遇攻擊 復雜度
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN918.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 符號對照表11-12
• 縮略語對照表12-16
• 第一章 緒論16-20
• 1.1 研究背景及研究意義16-17
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 論文工作19
• 1.4 論文安排19-20
• 第二章 分組密碼基礎20-36
• 2.1 分組密碼的數(shù)學模型20-21
• 2.2 分組密碼的結(jié)構(gòu)21-26
• 2.2.1 Feistel結(jié)構(gòu)22-24
• 2.2.2 SPN結(jié)構(gòu)24-25
• 2.2.3 FX結(jié)構(gòu)25
• 2.2.4 Lai-Massey結(jié)構(gòu)25-26
• 2.3 分組密碼的設計原則26-27
• 2.3.1 安全性原則26-27
• 2.3.2 可實現(xiàn)性原則27
• 2.4 分組密碼體制的安全性27-29
• 2.5 分組密碼的常用分析方法29-33
• 2.5.1 差分密碼分析29-30
• 2.5.2 線性密碼分析30-31
• 2.5.3 積分分析31
• 2.5.4 相關密鑰攻擊31
• 2.5.5 滑動攻擊31-32
• 2.5.6 插值攻擊32
• 2.5.7 代數(shù)攻擊32
• 2.5.8 側(cè)信道攻擊32-33
• 2.6 輕量級分組密碼33-34
• 2.7 本章小結(jié)34-36
• 第三章 Biclique密碼分析方法36-46
• 3.1 基本的中間相遇攻擊36-37
• 3.2 Biclique的結(jié)構(gòu)37-40
• 3.2.1 平衡Biclique結(jié)構(gòu)37-39
• 3.2.2 星型Biclique結(jié)構(gòu)39-40
• 3.3 Biclique密碼分析思想40
• 3.4 構(gòu)造Biclique40-42
• 3.4.1 密文方向構(gòu)造Biclique41-42
• 3.4.2 明文方向構(gòu)造Biclique42
• 3.5 預計算匹配42-44
• 3.5.1 預計算42-43
• 3.5.2 匹配43-44
• 3.6 復雜度分析44-45
• 3.7 本章小結(jié)45-46
• 第四章 對全輪LED-112算法的Biclique攻擊46-56
• 4.1 LED算法介紹46-50
• 4.1.1 算法結(jié)構(gòu)46
• 4.1.2 加解密算法46-48
• 4.1.3 密鑰擴展算法48-50
• 4.2 對全輪LED-112算法的Biclique攻擊50-54
• 4.2.1 密鑰分割50-51
• 4.2.2 構(gòu)造12輪 8 維的Biclique結(jié)構(gòu)51
• 4.2.3 預計算匹配51-54
• 4.2.4 復雜度分析54
• 4.3 本章小結(jié)54-56
• 第五章 對全輪AES-128算法的Biclique攻擊56-62
• 5.1 AES算法介紹56-59
• 5.1.1 加解密算法56-58
• 5.1.2 密鑰擴展算法58-59
• 5.2 對全輪AES-128算法的Biclique攻擊59-61
• 5.2.1 構(gòu)造1輪 8 維的Biclique結(jié)構(gòu)59-60
• 5.2.2 預計算匹配60
• 5.2.3 復雜度分析60-61
• 5.3 本章小結(jié)61-62
• 第六章 對全輪PRINCE算法的Biclique攻擊62-70
• 6.1 PRINCE算法介紹62-64
• 6.1.1 算法結(jié)構(gòu)62
• 6.1.2 密鑰擴展算法62-63
• 6.1.3 加解密算法63-64
• 6.2 PRINCEcore算法的平衡Biclique攻擊64-67
• 6.2.1 密鑰分割64-65
• 6.2.2 構(gòu)造1輪 8 維平衡Biclique結(jié)構(gòu)65
• 6.2.3 匹配預計算65-66
• 6.2.4 復雜度分析66-67
• 6.3 PRINCEcore算法的非平衡Biclique攻擊67-69
• 6.3.1 密鑰分割67
• 6.3.2 構(gòu)造1輪 8 維星型Biclique結(jié)構(gòu)67-68
• 6.3.3 預計算匹配68-69
• 6.3.4 復雜度分析69
• 6.4 本章小結(jié)69-70
• 第七章 結(jié)論與展望70-72
• 7.1 研究成果70
• 7.2 展望70-72
• 參考文獻72-76
• 致謝76-78
• 作者簡介78-79

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