PRESENT密码代数故障攻击

提出了一种新的PRESENT密码故障分析方法——代数故障攻击。将代数攻击和故障攻击相结合,首先利用代数攻击方法建立密码算法等效布尔代数方程组;然后通过故障攻击手段获取错误密文信息,并将故障差分和密文差分转化为额外的布尔代数方程组;最后使用CryptoMiniSAT解析器求解方程组恢复密钥。结果表明:在PRESENT-80的第29轮注入宽度为4的故障,故障位置和值未知时,2次故障注入可在50s内恢复64bit后期白化密钥,将PRESENT-80密钥搜索空间降低为216,经1min暴力破解恢复完整主密钥;和现有PRESENT故障攻击相比,该攻击所需样本量是最小的;此外该代数故障分析方法也可为其他分组密码故障分析提供一定思路。

轻型分组密码LED代数故障攻击方法

针对CHES 2011会议上提出的轻型分组密码LED,给出了一种代数故障攻击方法。首先利用代数攻击方法建立密码算法等效布尔代数方程组;然后基于单比特故障模型根据算法故障密文得到差分故障信息,并转换为额外的代数方程组;最后利用CryptoMiniSAT解析器求解密钥。实验结果表明,针对LED算法代数故障攻击优于传统的差分故障分析,第30轮一次故障注入即可在122 s内恢复LED 64 bit完整密钥。

对流密码Helix的代数故障攻击

对Helix流密码算法首次提出一种代数故障攻击方法。将代数攻击和差分故障攻击结合,对Helix算法中的模加运算结构提出了一种通用的代数故障攻击模型,通过选择明文和故障注入,构建了Helix在该模型下的代数方程组,使用CryptoMiniSAT解析器求解方程组系统恢复密钥信息。实验结果表明,580次故障注入即可恢复Helix工作密钥除最高位外的248比特信息,剩余8比特密钥信息可以通过穷举得到。针对模2n加运算所提出代数故障攻击模型可以为其他流密码安全性分析提供一定的参考。

轻量级分组密码SIMON代数故障攻击

针对SIMON现有故障攻击中存在的故障深度小、手工推导复杂等问题,给出一种代数故障攻击(AFA)方法。首先给出SIMON核心运算‘&’代数表示方法并构建全轮正确加密代数方程组;其次注入故障并将故障信息表示为代数方程,提供故障已知和故障未知两种模型,给出两种模型故障表示方法;最后利用Crypto Minisat-2.9.6解析器求解方程组恢复密钥。实验结果表明:利用单比特故障对SIMON32/64进行攻击,故障位置选取第26轮,故障已知和未知模型仅需5个和6个故障即可恢复全轮密钥;利用n比特宽度故障对SIMON128/128进行攻击,故障位置选取第65轮,两种模型均只需2个故障即可恢复全轮密钥。此外,对比故障已知和未知模型发现,随故障数递增密钥求解时间的决定因素将由故障信息量变为方程组计算量。

对HIGHT密码改进的代数故障攻击

针对HIGHT轻量级分组密码已有代数故障攻击方法攻击轮数受限的不足,提出并讨论了一种改进的代数故障攻击方法.该方法将攻击成功延伸至密码加密第25轮,在单字节故障模型下,攻击理论故障注入次数和成功率分别为5次和91.60%.仿真实验结果表明,对密码25轮进行攻击,恢复密码全部主密钥信息所需故障注入次数为5次,解析器平均求解时间为143.70s,攻击实际成功率为91%,最好情况下仅需4次故障注入即可以90%的成功率在551.26s内恢复全部主密钥信息,相关研究成果能够为分析其他具有相似结构的密码的安全性提供参考和借鉴.

针对椭圆曲线点乘算法的代数故障攻击

首先通过分析固定梳(comb)点乘算法和窗口非相邻型(NAF)点乘算法,提出了一种代数故障攻击算法,可以恢复椭圆曲线密码算法的全部私钥。代数故障攻击算法在执行过程中不会被检测出来,遇到全零块也不会使攻击失效。然后通过软件仿真分别实现了对两种点乘算法的攻击,攻击的参考椭圆曲线为商用密码SM2算法提供的素数域曲线。攻击comb点乘算法需要13min,攻击窗口NAF点乘算法需要18min,并且都恢复了256比特长的私钥。而差分故障攻击方法不能攻击comb点乘算法,也容易遭受"故障检测"和"零块失效"的威胁,使得攻击失败。实验结果表明,代数故障攻击可以对有预计算的点乘算法实现高效攻击,健壮性强。

HIGHT轻量级分组密码容错代数故障攻击研究

针对现有HIGHT轻量级分组密码代数故障攻击方法在故障失效发生的场景下故障位置判定出错进而影响攻击成功率的问题,提出并讨论了一种容错代数故障攻击方法.该方法首先对故障失效特性进行深入研究,利用故障注入位置、故障失效与密文差分之间的对应关系,构建了一个完备的故障位置区分器以实现对各种场景下故障位置的准确判定.然后在此基础上提取故障失效信息以实现故障信息最大化利用,并对故障信息等效代数方程组构建方法进行优化,实现了故障信息等效代数方程组的自动化构建.最后对提出的攻击方法的复杂度和成功率进行了分析和实验验证.实验结果表明,与现有攻击相比,提出的攻击方法容错能力更强,能检测出所有显性故障失效,攻击的成功率达到100%,且故障信息等效代数方程组构建自动化程度更高,解析器平均求解时间更少.

PRESENT代数故障攻击的改进与评估

提出了一种基于代数分析的PRESENT故障攻击改进方法,将代数分析用于密码和故障方程构建,通过逆向构建加密方程来加快求解速度;提出了一种故障注入后的密钥剩余熵评估方法,可评估不同故障模型下的PRESENT抗故障攻击安全性;最后对智能卡上的8位智能卡上的PRESENT实现进行了时钟毛刺故障注入,最好情况下1次故障注入即可恢复主密钥,这是PRESENT故障攻击在数据复杂度上的最好结果。

基于优化故障定位的SIMECK密码代数故障攻击

针对SIMECK密码,提出一种优化故障定位的代数故障攻击方法。通过分析SIMECK轮函数加密扩散缺陷及故障失效原因,提取故障确定性传播特征并构建确定性故障差分特性表,实现故障的精确定位。创建加密过程和故障信息等效方程组,将方程组转化为SAT问题并求解密钥。实验结果表明,该方法在SIMECK32/64第28轮左寄存器中注入随机单比特故障,仅需8次故障注入即可恢复完整64 bit主密钥,攻击成功率高达99.61 %,相比已有故障攻击方法所需故障样本量更少,攻击成功率及创建方程自动化程度更高。

SIMECK密码代数故障攻击研究

针对SIMECK密码给出一种代数故障攻击方法。首先给出SIMECK加密轮函数和密钥生成策略等效代数方程创建方法;分别设定故障已知模型和故障未知模型,并在故障未知模型下提出基于故障注入差分和基于正确/故障密文差分确定故障索引值两种策略创建故障信息方程;利用基于SAT问题求解方程组。结果表明,在SIMECK32/64第24轮注入单比特翻转故障,故障已知模型和基于故障注入差分的故障未知模型均仅需两次注入即可恢复完整64bit主密钥;在第27轮注入故障,基于密文差分的未知模型需九次注入可恢复完整主密钥。与已有研究相比,该攻击密钥搜索复杂度更低,所需故障注入样本量更少。