“荡秋千”分组密码算法的设计与分析

提出了一种基于移位寄存器状态变化的分组加密算法(称之为 荡秋千"密码算法),并详细给出了算法的加解密流程和必要的参数设置方法.通过对密钥雪崩效应和明文雪崩效应的基本分析,说明了该算法具有良好的抵抗密钥相关攻击、线性攻击和差分攻击的性能.除了具有安全、快速、易于实现等特点外,该算法最突出的特点是算法逻辑结构简洁、严谨。

基于FPGA的TANGRAM分组密码算法实现

TANGRAM系列分组密码算法是一种采用比特切片方法,适合多种软硬件平台的系列分组密码算法。针对TANGRAM-128/128算法,使用Verilog HDL对该算法进行FPGA实现并提出设计方案。首先,介绍了TANGRAM密码算法的特点和流程,提出了针对TANGRAM密码算法进行44轮加/解密迭代计算的方案,该方案采取有限状态机的方法有效降低了资源消耗;其次,基于国产高云云源平台,完成了基于高云FPGA的算法工程实现,以及功能仿真和数据的正确性验证,同时在QuartusⅡ13.1.0平台上也进行了相关测试,用以比较。测试结果表明,TANGRAM系列分组密码算法基于Altera公司的CycloneⅣE系列EP4CE40F29C6芯片进行工程实现,最大时钟频率为138.64 MHz,加/解密速率为403.30 Mbps;基于高云半导体GW2A-55系列芯片的最大时钟频率为96.537 MHz,加/解密速率为280.80 Mbps。

基于量子Simon算法对分组密码类EM结构的密钥恢复攻击

文章基于量子Simon算法(一类经典量子周期寻找算法)的量子过程以及应用,对类EM结构进行基于量子Simon算法的密码分析,以类EM结构的加密算法为研究对象,运用量子Simon算法,构造适用于Simon算法的函数,对类EM加密结构的5轮加密过程进行密钥恢复攻击。结果显示,在密钥长度的多项式时间内,文章所提方法可以成功恢复出第五轮加密密钥,且根据此密钥可以分析出其他轮密钥。研究结果表明,在密钥长度的多项式时间内,可以找到其中一个密钥,量子条件下密钥的可恢复性说明该结构的安全轮数应当高于5轮,为未来对称密码体制的研究和发展奠定了一定的基础。

轻量级分组密码算法FBC的积分分析

FBC算法是由冯秀涛等人于2018年在中国密码学会举办的全国密码算法设计竞赛中提出的轻量级分组密码算法,包含FBC128-128、FBC128-256和FBC256-256三个版本,具有轻量化、安全性高和软硬件实现灵活等特点.本文基于比特可分性和MILP方法搜索FBC算法的积分区分器.首先,将FBC算法的轮函数拆分为S盒、复制和异或等基本运算,根据比特可分性在基本运算中的传播规律,构建线性不等式刻画比特可分性的传播;其次,通过将所得线性不等式组作为约束条件,构建MILP模型寻找积分区分器最高轮数的下界,并提出判断r轮积分区分器是否存在的算法;最终,结果表明FBC128-128/256和FBC256-256的积分区分器轮数可分别达到11轮和14轮,均优于现有积分分析结果.

唯密文场景下的分组密码算法识别方法

唯密文场景下的分组密码算法识别方法研究,旨在探讨在仅知道密文的情况下,如何有效地识别出所使用的分组密码算法,这一问题的研究对于提高加密系统的安全性具有重要意义。通过对随机序列随机性检测方法的研究,基于集成学习模型构建了识别模型,实现了唯密文场景下的分组密码算法识别技术,可以有效提取密文数据特征,经实验验证,识别效果优于现有方法。

积分故障分析下的Midori128密码算法安全性评估

为了研究Midori128密码算法针对积分故障攻击的安全性,建立积分区分器平衡位置、故障密文与轮密钥的关系,通过密钥搜索,可以恢复出算法的最后一轮密钥,进而利用密钥扩展算法恢复出主密钥。理论分析表明,利用3轮和4轮积分区分器进行积分故障攻击时,恢复出正确密钥的时间复杂度分别为2^(21)和2^(24)。采用准确性、成功率和耗费时间对倒数第4轮注入故障的攻击过程进行仿真,成功恢复出该算法的主密钥,并且针对不同明文分组和密钥进行对比实验。通过两组故障安全性分析方案可知,Midori128算法的轮函数易受到积分故障攻击,在算法运行时至少需要对倒数6轮进行故障检测等额外防护。

MANTIS_(4.5)密码算法的中间相遇攻击

MANTIS密码算法是一种轻量级可调分组密码算法,该算法采用代换—置换网络(Substitution-Permutation Network,SPN)结构和TWEAKEY框架。通过研究MANTIS密码算法结构特点,利用多重集、相关密钥筛选以及密钥桥等技术手段,构造了一个r=3的MANTIS算法的中间相遇区分器。利用此区分器,实现了r=4.5的MANTIS算法中间相遇攻击,攻击的存储复杂度为268个128比特块,数据复杂度为253个选择明文,时间复杂度为2121.8次MANTIS_(4.5)加密。

轻量级分组密码算法综述

随着信息技术的快速发展,人类将进入万物互联时代,数以亿计的物联网设备接入网络,针对用户隐私、网络环境等的网络攻击持续增长。因此,保障物联网设备的信息安全至关重要。由于物联网设备的计算能力、电池容量和内存等资源十分受限,传统的分组密码算法不适用于具有低时延、低功耗等要求的物联网设备,轻量级分组密码算法应运而生。文中概述了轻量级分组密码算法的研究现状及进展,并根据算法结构将其分成6类进行详细阐述;依据多维度评价指标分别对轻量级分组密码算法的软硬件实现进行综合对比与分析,并从安全性、资源开销和性能3方面进行深入探讨;最后展望了轻量级分组密码算法的未来研究方向。

NAYUTA:一种基于分组密码的加密算法

分组密码作为对称密码的一个重要分支,在保护信息安全方面具有重要作用;当今主流的分组密码算法有DES、AES、SMS4等加密算法。该算法作为基于分组密码设计的加密算法,选取分组密码的K空间中的密钥元素作为置换依据对密文进行置换,并在置换完毕后将密钥插入密文中,通过函数将密文中的所有块和密钥进行处理并发送。相较于其他的加密算法,NAYUTA主要面向即时通讯,利用密文–密文验证的双因子验证模式和密文–密文验证的双因子混合模式,增加了统计学分析攻击的难度,同时也保证了密文信息的可信性和完整性。对于双因子验证模式的处理函数而言,该模式是一种基于时间的对称加密方式,使得加密近似于理想OTP (One-Time Password)的加密方式。NAYUTA目前已将在软件层面和硬件层面均有实现。

基于超混沌序列改进分组密码算法的无线传感网络通信数据加密方法

为保障无线传感网络通信数据安全、提升无线传感网络抗攻击性,研究了基于超混沌序列改进分组密码算法的无线传感网络通信数据加密方法。基于二维离散超混沌序列生成二进制密钥流,进行非线性变换得到二进制流,利用二进制密钥流完成无线传感网络通信数据加密。将超混沌序列生成的密钥流作为IDEA分组密码算法的初始密钥,改进IDEA分组密码算法,输出各组无线传感网络通信数据密文。试验结果表明,加密后不同字符ASCII统计概率为0.0039左右,说明所提方法所生成的密文中字符平衡性较好,可有效实现无线传感网络通信数据加密目的,并能成功抵抗字符频率统计与信息熵等不同类型攻击。

基于Feistel结构的超轻量级分组密码算法(PFP)

面向无线终端资源受限环境对加密算法的应用需求,借鉴PRESENT算法的设计思想,采用Feistel结构,并修改扩散层的P置换,设计了一种超轻量级分组密码算法PFP。其硬件实现需要1355GE,优于PRESENT算法,满足资源极端受限环境的需求(2000GE以下)。速度测试结果表明,PFP算法的软件实现效率约为PRESENT算法的1.5倍。依赖性测试、线性分析、差分分析、不可能差分分析和密钥编排攻击表明,PFP算法满足轻量级分组密码的安全需求。

面向分组密码算法的程序设计语言研究

本文提出了一种接近数学描述的面向分组密码算法的程序设计语言(Programming Language for the BlockCipher Algorithm,PLBCA).PLBCA能够以形式化方式方便地描述分组密码算法的结构.本文介绍了PLBCA的语法规范,以分组密码算法DES为例说明PLBCA应用方法,并借助ANTLR工具实现了PLBCA的解析器.利用PLBCA,密码学专家可以方便快捷地对密码算法进行算法正确性和安全性分析,以检验算法的设计.PLBCA有助于提高密码算法检验的效率,为密码算法的设计和自动检测分析提供了一种辅助工具.

10轮3D分组密码算法的中间相遇攻击

3D密码算法是一个代换-置换网络(SPN)型结构的新分组密码。与美国高级加密标准(AES)不同的是3D密码算法采用3维状态形式。该文利用3D算法结构,构造出一个5轮中间相遇区分器,并由此给出10轮3D的新攻击。结果表明:新攻击的数据复杂度约为2128选择明文,时间复杂度约为2331.1次10轮3D加密。与已有的攻击结构相比较,新攻击有效地降低了攻击所需的数据复杂度以及时间复杂度。

分组密码算法SM4的低复杂度实现

针对分组密码算法SM4中加解密算法与密钥扩展算法的相似性,提出一种将加解密模块与密钥扩展模块复用的基本架构,通过对具体实现结构的分析与选择,使控制逻辑复杂度、复用模块复杂度以及系统吞吐量之间得到权衡。基于该架构设计SM4加解密IP核,在现场可编程门阵列上占用的资源仅为传统设计的55%,基于SMIC 0.18μm数字CMOS工艺的综合结果显示,仅用0.079 mm2即可实现100 Mb/s的数据吞吐量。实验结果表明,该结构可以有效地降低SM4算法的实现复杂度。

面向移动商务的分组密码算法

设计了一种新的分组密码算法,该算法利用矩阵乘法的扩散作用与专门设计的一种矩阵运算的混乱作用实现对信息的加密.算法有较高的安全性,能够抵抗现有的密码分析方法,它既适合字母文字信息的加密,也适合非字母的中文信息对称加密.算法所需代码少、计算量小,能够嵌入到移动电话等移动数字设备中,对移动电子商务信息安全具有一定的实际意义.

基于Logistic映射的分组密码算法研究及其应用

针对传统分组加密算法仅仅依赖于算法设计 ,初始密钥始终不变的不足 ,提出利用Logistic映射改进分组密码算法的思想 .实现了基于混沌序列的DES算法 ,先用Logistic映射定时迭代产生的伪随机序列 ,然后经过变换后作为DES算法的密钥 ,使其分组加密算法得密钥也处于不断的变化之中 ,从而提高加密强度 .并给出了改进算法加密图像数据的应用实例 ,分析比较了改进后的算法和传统分组密码算法在安全性和抗破译性方面的性能 .

分组密码算法扩散特性的一种统计分析

针对已有的分组密码扩散特性的依赖性测试方法,分析了其中各统计量的概率分布,使这种统计分析方法有了较完整的理论基础。指出了NESSIE用该方法评价AES决赛算法的不足。给出了运用该统计分析方法对分组密码算法做依赖性测试时抽取样本容量的下界。

一种利用外键控制的密文反馈混沌分组密码算法研究

近年来,基于混沌理论的保密通信和数据保密得到广泛、深入的研究,提出了许多基于混沌理论的混沌加密算法,但这些算法缺乏可靠的安全性和鲁棒性。本文提出一种利用外键控制的密文反馈混沌分组密码算法,其最大的优点是系统的密钥由128位的外部键生成,混沌系统的系统参数、初始条件和迭代的次数随着密文反馈动态生成。这样,密码系统的随机性、复杂性得到了极大的提高。同时理论和实验表明,该算法具有较高的安全性和鲁棒性,能够抵抗差分和线性密码分析。

SM4分组密码算法综述

SM4分组密码算法简称为SM4算法,为配合WAPI无线局域网标准的推广应用,SM4算法于2006年公开发布,2012年3月发布成为国家密码行业标准(标准号为GM/T 0002-2012),2016年8月发布成为国家标准(标准号为GB/T 32907-2016).介绍了SM4分组密码算法的算法流程、结构特点及其密码特性,以及SM4算法的安全性分析研究现状,并与国际标准分组算法的安全性进行了对比.

轻量级分组密码算法FBC

FBC是一族轻量级分组密码算法,主要包含FBC128-128,FBC128-256和FBC256-256三个版本,可支持128和256两种比特长度的明文分组以及128和256两种比特长度的密钥.FBC算法采用4路两重Feistel结构设计,在结构上通过增加两个异或操作的微小代价较大提高整体结构的扩散特性.非线性函数F采用切片技术,其中,S盒基于NFSR构造,其各项密码学性质达到最优,同时硬件实现代价达到最小,为最轻的S盒之一;线性变换L仅由循环移位和异或构成,具有较好的密码学特性的同时兼顾好的软硬件实现效能.在安全性方面,我们基于混合整数线性规划(MILP)寻找最少活跃S盒个数的方法对其进行差分、线性、不可能差分以及积分等方法的分析.实验结果表明,FBC可以抵抗上述各种攻击方法的攻击.FBC算法不仅具有结构简洁,轻量化,安全性高等特性,还具有灵活高效的软硬件实现方式,可以满足不同平台的应用需求.