基于MILP的MGFN全轮差分分析及改进

研究了轻量级分组密码MGFN算法的抗差分分析能力并提出了改进方法。首先,基于MILP工具对MGFN算法建模,搜索迭代差分并构造了全轮差分路径,整体差分概率为2-40,远远大于随机置换的差分概率。然后,给出S盒的差分分支数概念并将其作为衡量差分安全性的指标,以新S盒替代原MGFN算法的S盒,并修改了密钥扩展算法,提出新的MGFN-P算法。最后,通过差分路径搜索和分析比较,说明了MGFN-P算法比原MGFN算法更安全、高效。

基于SMT的ACORN v3算法的差分分析

ACORN v3算法是凯撒竞赛胜出的认证加密算法之一。本文考虑状态更新过程中非线性函数对状态差分传递的影响,给出ACORN v3算法非线性函数的差分传递模型,通过分析ACORN v3算法解密验证阶段的状态更新,重新评估了算法抗差分伪造攻击的能力,将ACORN v3算法认证阶段的有效差分伪造攻击轮数的上界从86轮提升到了102轮。本文对该算法初始化阶段分析,在选择IV的攻击条件下,通过在IV处注入差分,给出ACORN v3算法初始化阶段的差分分析,对模型求解情况进行分类,以概率1得到初始化阶段461轮输出密钥流的差分区分器,选取了10对满足输入差分的IV,以99.9%的成功率将初始化461轮的ACORN算法和随机置换产生的密钥流区分开来。

基于混合整数线性规划的MORUS初始化阶段的差分分析

认证加密算法MORUS是凯撒(CAESAR)竞赛的优胜算法,抗差分分析性能是衡量认证加密算法安全性的重要指标之一。该文研究了MORUS算法初始化阶段的差分性质,首先给出了一个差分推导规则,可以快速获得一条概率较大的差分链。在此基础上利用混合整数线性规划(MILP)自动搜索技术求解更优的差分链。为了提高搜索速度,结合MORUS初始化阶段的结构特点给出了分而治之策略。根据ΔIV的重量、取值将MILP模型划分为多个子模型并证明了部分子模型的等价性,大大缩减了模型的求解时间,得到了MORUS初始化阶段1~6步状态更新的最优差分链。最后给出了简化版MORUS的差分-区分攻击,该文的结果较之前的工作有较大的提升。

基于MILP的轻量级密码算法ACE的差分分析

研究了轻量级密码算法ACE的差分性质。首先定义了n维环形与门组合,充分分析了该结构中与门之间的相互关系,仅利用O(n)个表达式给出其精确的MILP差分刻画,将ACE算法中的非线性操作转化为32维环形与门组合,从而给出了ACE算法的MILP差分模型。其次根据MILP模型求解器Gurobi的求解特点,给出了快速求解ACE的MILP差分模型的方法。对于3~6步的ACE置换,得到了最优差分链,利用多差分技术给出了更高概率的差分对应,从而给出了ACE置换为3步的认证加密算法ACE-Aε-128的差分伪造攻击与哈希算法ACE-H-256的差分碰撞攻击,成功概率为2^(-90.52),并证明了4步ACE置换达到了128bit的差分安全边界。实际上,n维环形与门组合的MILP差分刻画具有更多的应用场景,可应用于SIMON、Simeck等密码算法的分析中。

GRANULE算法的截断不可能差分分析

GRANULE是Feistel结构的轻量级分组密码算法,分组长度为64比特,密钥长度为80比特和128比特,算法根据密钥长度分别记为GRANULE-80和GRANULE-128.首先构造了两条新的7轮不可能差分链;其次,研究了GRANULE密钥编排计划的冗余性得到了轮密钥之间的一些线性关系;第三,在一条7轮不可能差分链的前后各扩展3轮,得到了13轮GRANULE-80的不可能差分分析攻击路径,执行此攻击需要的数据复杂度为2^(62.06)个选择明文,时间复杂度为2^(62.15)次13轮GRANULE-80加密,存储复杂度为2^(46.06)个64-比特数据块;最后,基于另一条7轮不可能差分链构造了14轮GRANULE-128的不可能差分分析攻击路径,恢复128比特主密钥需要的数据、时间和存储复杂度分别为2^(62.57)个选择明文、2^(101.84)次14轮GRANULE-128加密和2^(74.57)个64-比特数据块.与之前的结果相比,GRANULE-80的攻击轮数提高了2轮,同时还对GRANULE-128的安全边界进行了评估.

Gimli/Xoodoo密码算法的不可能差分分析

大状态轻量级分组密码Gimli和Xoodoo具备逻辑门较少﹑低功耗和快速加密等诸多优点,备受业界关注。Gimli和Xoodoo算法均基于384 bit置换,大状态增加了对其安全性分析的困难性。该文通过引入AND、OR操作与S盒之间的等价表示,构建了Gimli和Xoodoo不可能差分区分器自动化搜索模型。进一步,为了验证不可能差分区分器的正确性,提出基于“二分法”的不可能差分区分器矛盾点检测新方法。结果表明:该文搜索并验证得到Gimli算法10轮不可能差分区分器以及Xoodoo算法4轮不可能差分区分器。特别地,Gimli算法不可能差分区分器轮数较已有结果提高了3轮。

约减轮数分组密码LEA的差分分析

LEA算法是面向软件的轻量级加密算法,在2019年成为ISO/IEC国际标准轻量级加密算法,具有快速加密、占用运算资源少等优点。该文基于多条输入输出差分相同的路径计算了差分概率,首次对LEA-128进行了13轮和14轮的密钥恢复攻击;采用提前抛弃技术,分别在12轮和13轮差分特征后面添加了1轮,恢复了96 bit密钥;其中13轮的密钥恢复攻击数据复杂度为2^(98)个明文,时间复杂度为2^(86.7)次13轮LEA-128解密;14轮的密钥恢复攻击数据复杂度为2118个明文,时间复杂度为2^(110.6)次14轮LEA-128解密。

基于神经区分器的KATAN48算法条件差分分析方法

针对KATAN48算法的安全性分析问题,提出了一种基于神经区分器的KATAN48算法条件差分分析方法。首先,研究了多输出差分神经区分器的基本原理,并将它应用于KATAN48算法,根据KATAN48算法的数据格式调整了深度残差神经网络的输入格式和超参数;其次,建立了KATAN48算法的混合整数线性规划(MILP)模型,并用该模型搜索了前加差分路径及相应的约束条件;最后,利用多输出差分神经区分器,至多给出了80轮KATAN48算法的实际密钥恢复攻击结果。实验结果表明,在单密钥下,KATAN48算法的实际攻击的轮数提高了10轮,可恢复的密钥比特数增加了22比特,数据复杂度和时间复杂度分别由2^(34)和2^(34)降至2^(16.39)和2^(19.68)。可见,相较于前人单密钥下的实际攻击,所提方法能够有效增加攻击轮数和可恢复的密钥比特数,同时降低攻击的计算复杂度。

基于MILP的相关密钥差分分析安全评估算法改进

近年来,基于混合整数线性规划(MILP)的密码分析方法在对称密码的安全性分析中发挥了重要作用. Zhou等人在FSE 2020上提出了结合分治法,大幅度提高基于MILP的差分和线性特征搜索方法效率.本文将Zhou等人的方法扩展到相关密钥差分特征搜索,提出了一种更高效的基于MILP的相关密钥差分分析安全评估新算法.应用新算法评估了PRESENT-80/128抵抗相关密钥差分分析的安全性,得到了高达15轮的最小活跃S盒数量和高达12轮的最优相关密钥差分特征,并由此得到了迄今最紧的PRESENT-80/128抵抗相关密钥差分分析安全界.找到了一条概率为2^(-62)的15轮PRESENT-80相关密钥差分特征,和一条概率为2-60的16轮PRESENT-128相关密钥差分特征,是目前对于PRESENT-80/128轮数最长的相关密钥差分特征.

基于混合整数线性规划的八阵图不可能差分分析

八阵图(ESF)是基于LBlock改进的轻量级分组密码,具有优良的软硬件实现效率。针对ESF算法的安全性,该文借助自动化搜索工具,利用不可能差分分析方法,对算法进行安全性评估。首先结合ESF的结构特性和S盒的差分传播特性,建立了基于混合整数线性规划(MILP)的不可能差分搜索模型;其次利用算法S盒的差分传播特性和密钥扩展算法中轮子密钥间的相互关系,基于一条9轮不可能差分区分器,通过向前扩展2轮向后扩展4轮,实现了对ESF算法的15轮密钥恢复攻击。分析结果表明,该攻击的数据复杂度和时间复杂度分别为260.16和267.44,均得到有效降低,且足够抵抗不可能差分分析。

22-轮SMS4的差分分析

SMS4是中国官方公布的第一个商用分组密码标准,使用差分方法分析了18轮的SMS4差分特征,并在此基础上攻击了22-轮的SMS4,攻击过程需要2117个选择明文,2112字节的存储空间,而时间复杂度为2123次22-轮加密。此结果是目前对SMS4差分分析的最好结果。

陶瓷/金属梯度热障涂层圆筒的传热与热应力有限差分分析

推导了多层陶瓷梯度涂层圆筒模型的温度和热应力分布 ,对变物性材料的差分解法进行了分析 ,并与实际的工程模型进行了对比计算 。

轻量级分组密码Pyjamask的不可能差分分析

Pyjamask是美国国家技术标准研究院征选后量子时代轻量级密码算法中进入第二轮的候选分组密码,对其抵抗现在流行的不可能差分分析分析为未来在实际系统中使用起到重要的作用。提出一些2.5轮不可能差分链并分析它们的结构特点和攻击效率,在一些最有效的不可能差分链的前后各接1轮和半轮,形成4轮Pyjamask多重不可能差分攻击路径。攻击结果表明Pyjamask的行混淆运算扩散性比较强,能较好地抵抗不可能差分分析,此结果是对Pyjamask安全性分析的一个重要补充。

Trivium流密码的基于自动推导的差分分析

Trivium是欧洲eSTREAM工程评选出的7个最终胜出的流密码算法之一.本文提出了针对Trivium的基于自动推导的差分分析技术,利用该技术可以得到任意轮Trivium算法的差分传递链.将该技术应用于轮数为288的简化版Trivium算法,提出了一个有效的区分攻击,仅需226个选择IV,区分优势为0.999665,攻击结果远优于已有的线性密码分析和多线性密码分析.将该技术应用于更多轮的Trivium算法和由Turan和Kara提出的修改Trivium算法,结果表明,初始化轮数低于359的Trivium算法不能抵抗差分分析,修改Trivium算法在抵抗差分分析方面优于原Trivium算法.

CLEFIA-128/192/256的不可能差分分析(英文)

对分组密码算法CLEFIA进行不可能差分分析.CLEFIA算法是索尼公司在2007年快速软件加密大会(FSE)上提出来的.结合新发现和新技巧,可有效过滤错误密钥,从而将算法设计者在评估报告中给出的对11圈CLEFIA-192/256的攻击扩展到11圈CLEFIA-128/192/256,复杂度为2103.1次加密和2103.1个明文.通过对明文附加更多限制条件,给出对12圈CLEFIA-128/192/256的攻击,复杂度为2119.1次加密和2119.1个明文.而且,引入一种新的生日筛法以降低预计算的时间复杂度.此外,指出并改正了Tsunoo等人对12圈CLEFIA的攻击中复杂度计算方面的错误.

动态指令流差分分析在恶意软件分析中的应用

针对静态分析方法已不能满足安全分析的需求,而传统的动态分析技术不能快速定位关键信息,且分析效率不高,提出了一种动态指令流差分分析技术,描述了差分分析模型和分析方法。该分析技术能够高速有效地分析恶意软件的关键数据,识别加密算法,分析混淆代码的功能模块和数据扩散情况。通过实验对其可行性和高效性进行了验证。

减轮SPECK算法的不可能差分分析

SPECK系列算法是2013年由美国国家安全局提出的轻量分组密码算法。算法整体为变形的Feistel结构,轮函数为模整数加法、循环移位和异或的组合,即所谓的ARX模块。在不可能差分研究方面,目前仅有LEE等人给出了SPECK 64算法的一些6轮不可能差分特征。该文进一步找到了SPECK 32/64算法和SPECK 48/96算法的一些6轮不可能差分特征,并在其前面添加1轮后面添加3轮,给出了对两个算法的10轮不可能差分分析。

MIBS-80的13轮不可能差分分析

该文首次对13轮MIBS-80算法进行了不可能差分分析。首先基于MIBS-80中S盒的不可能差分筛选明文对,其次通过第1轮轮密钥与第2轮轮密钥、第1轮轮密钥与第13轮轮密钥之间的制约关系进一步筛选明文对。该文的攻击排除掉的明文对数量是已有的不可能差分攻击排除掉的明文对数量的18.22倍,因而同时降低了攻击的存储复杂度和时间复杂度。此外,该文多次利用查表的方法求出攻击中涉及的密钥,进一步降低了攻击所需的时间复杂度和存储复杂度。最后,该文利用独立的80 bit轮密钥来恢复主密钥,确保得到正确密钥。该文的攻击需要60.12个选择明文,69.52次13轮加密,存储量为71.22个64 bit,该结果优于已有的不可能差分攻击。

自相似网络流量差分分析新方法

多媒体网络流量具有重尾特性及自相似特性,已得到了广泛的认同。而Alpha-stable过程作为Gaussian过程的推广能很好地描述重尾特性及自相似特性。在简要介绍了Alpha-stable分布和Alpha-stable过程的基础上,本文研究分析了当前基于线形分形稳定噪声(LFSN)理论的网络业务流量模型,并提出了基于差分分析的新方法及基于差分分析的LFSN流量模型参数估计新方法。对Bellcore实验室采集数据的拟合验证结果表明,该估计方法能准确确定模型参数。

铜反射镜热畸变的有限差分分析及讨论

本文采用有限差分法对强激光照射下的铜镜的非稳态温度场及其热变形进行了数值模拟，对不同激光功率下的最大照射时间及形变随照射时间的关系等进行了探讨和分析。