多态密码机制的改进及其严格雪崩特性分析

C.B.Roellgen多态密码机制(PMC)广泛应用于磁盘文件的加密,具有强安全性和高速性等优点,但不适用于复杂的网络应用环境.针对该问题对PMC进行了改进,提出了满足严格雪崩准则(SAC)的强单向函数和构造S盒的新方法,使构造满足SAC函数的方法更加方便快捷.最后从满足SAC方面分析和验证了该方法的安全性.实验结果表明,改进后的PMC能快速而大量地产生符合密码学特性的长周期序列,并形成网络环境中通信双方会话的对称密钥.

满足严格雪崩准则布尔函数的性质与构造

严格雪崩准则是分组密码置换盒设计的基本准则．本文研究了满足严格雪崩准则布尔函数的密码性质。

多输出布尔函数的k阶严格雪崩准则

首次将k阶严格雪崩准则的概念扩展到多输出布尔函数上,首先研究了多输出函数的严格雪崩准则、扩散准则,给出了多输出函数满足k阶严格雪崩准则的两个充分必要条件,证明了多输出布尔函数满足高阶严格雪崩准则时一定满足低阶严格雪崩准则。然后根据对称函数的特性,应用数论的知识,研究了多输出对称布尔函数的严格雪崩准则、扩散准则和k阶严格雪崩性质,给出了相应准则的充分必要条件,特别给出了两个k阶严格雪崩准则的组合判别公式。

满足k阶严格雪崩准则的多值逻辑函数的谱特征

给出了剩余类环Zm上逻辑函数的k阶严格雪崩准则(SAC)的概念,用概率方法证明了m值逻辑函数满足高阶严格雪崩准则时一定满足低阶严格雪崩准则,并借助Chrestenson谱给出了m值逻辑函数满足k阶严格雪崩准则的一个充分必要条件。

基于严格雪崩距离准则计算的S盒改进

S盒是AES算法中唯一非线性部分,它的本质是若干分量函数组成的多输出布尔函数,其主要目的是混淆,即实现非线性和伪随机性.首先分析S盒的代数性质及构造原理.提出一种新的筛选构造S盒的仿射对的办法,得到的新仿射对降低了S盒的严格雪崩准则距离.将改进后的S盒与AES算法和文献[1]构造的S盒进行比较,新S盒具有很好的代数性质且更接近严格雪崩准则.

广义严格雪崩准则及满足它的布尔函数性质

本文从实际出发减弱了Ｗｅｂｓｔｅｒ和Ｔａｖａｒｅｓ给出的严格雪崩准则（ＳＡＣ）的限制条件，定义了广义严格雪崩准则，并在不作出实质性“牺牲”的前提下避免了严格雪崩准则的阶数与非线性阶之间的折衷。同时，讨论了满足广义严格雪崩准则的布尔函数性质，结果表明满足严格雪崩准则的布尔函数具有的良好性质得到了很好的继承。

严格平衡雪崩布尔函数的研究

通过对三维严格平衡雪崩布尔函数的实验和分析，给出了一种布尔函数从低维向高维扩张的方法，得到了一些有价值的结果，并提出了高维严格平衡雪崩布尔函数的一种生成方法。

雪崩布尔函数的构造方法及个数估计

研究了满足严格雪崩准则布尔函数的性质,证明了雪崩布尔函数的汉明重量只能为偶数,并且得到了雪崩布尔函数的汉明重量之集,给出了不同汉明重量的雪崩布尔函数的构造方法。改进了雪崩布尔函数个数的下界。

一种AES S盒改进方案及其硬件设计

为提高高级加密标准(advanced encryption standard, AES)算法的安全性,提出了一种新的S盒生成方案。在分析了现有S盒存在的问题后,基于S盒的构造原理和密码学性质,通过选择新的不可约多项式和仿射变换对,同时调整仿射变换与乘法逆的运算顺序,构造出一种新的S盒;对生成的新S盒与AES的S盒以及其他改进S盒在代数式项数、严格雪崩标准距离等方面进行了比较,结果显示,新S盒具有更好的代数性质,能够有效抵御代数攻击;还对新S盒进行了硬件设计并优化,DC综合结果显示新S盒复域优化实现消耗的资源比传统复域实现少12%,比查找表法实现少41%。新S盒在安全性方面优于现有S盒,将其应用于AES软件设计和硬件设计,并通过仿真测试验证了其正确性。

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。

平衡对称布尔函数的构造与计数

平衡对称布尔函数的构造与计数等价于二元域上某个含有n个变量背包方程的求解与解的计数.求出了当n为奇数时这个背包方程的1个解集合S以及S中所有解的个数,给出了这个背包方程存在其他解(即不包含于集合S的解)的充分必要条件,提出了1种求其他解的方法.求出了当n为6k+2(k为正整数)时这个背包方程的部分解.

密码函数的一类递归构造方法

首先利用递归的方法证明了结构形式更为一般的布尔函数的Walsh谱分解式 ,然后利用这类布尔函数Walsh谱分解式 ,给出了密码学和编码学中具有重要应用价值的一些布尔函数 ,如弹性函数。

几类对称布尔函数的非线性度、代数次数和代数免疫阶

该文讨论了几类偶数个变元n的对称布尔函数的一些密码性质,包括非线性度、代数次数、代数免疫阶、严格雪崩准则和相关免疫性等.我们的讨论显示这些对称布尔函数有好的非线性度和代数次数,并且有两类对称布尔函数的代数免疫阶达到最大n/2,一类对称布尔函数的代数免疫阶为1,但是它们基本上不具有相关免疫性和不满足严格雪崩准则,因此这些布尔函数都不能直接应用到密码系统中.

性能最优化布尔函数的构造

考虑各项性能指标的相互联系,以构造综合性能最优化的函数为目标,以Bent函数为基础,综合运用离散Walsh谱和特征矩阵工具,通过级连、分裂和有条件修改函数输出序列,提出了性能最优化的函数构造法。该构造法可以根据不同需要灵活构造同时满足多个性能要求的多种函数。

一种基于离散混沌系统的S-Box候选算法设计

S-Box是现行分组密码中唯一的非线性部件,主要提供了分组密码算法中必需的混淆作用,其密码强度决定了整个分组密码的安全强度。为进一步提高S-Box的强度,结合离散混沌系统的内在随机性、有界性、非周期性及对初始条件和参数极度敏感等特点,提出一种采用多混沌映射和交叉映射生成S-Box的生成算法。实验分析表明,该算法生成的样本密钥敏感性强,随机性好,既能较好地满足S-Box设计所要求的各项准则和特性,安全性高,同时又能降低计算复杂度,提高计算速度,且易于生成和扩展,因而是一种性能良好的S-Box候选算法。

改进型多态性密码的安全机制研究

和大多数通常已知的对称性加密算法(包括AES的代表算法,例如Rijndael和Twofish)相比较,多态性密码可以抵御差分密码攻击。这种算法主要用于磁盘文件的加密。要解决的问题是在P2P网络中改进多态性密码机制,为通信双方提供大量安全的会话密钥。构造了满足严格雪崩准则和输出位独立性的强单向函数,并对其进行了安全性分析,用实验数据和相关理论进行了论证。

基于线性变换耦合混沌系统的强劲S盒构造算法研究

由于当前的图像块加密算法中的S盒在替代-置乱过程中都需要使用独立的轮密钥,导致了较高的时间成本和较低的加解密速度。对此,设计了一个线性变换函数;并将其耦合3D Lorenz系统,提出了强劲S盒生成算法。该算法是通过线性变换函数直接将混沌系统的轨迹转变成伪随机序列来产生S盒,在替代阶段可有效避免独立轮密钥的使用,显著降低计算复杂度。借助MATLAB仿真平台,对该算法以及当前其他S盒算法所产生的S盒的性能进行对比测试,结果表明:与其他S盒算法生成的S盒相比,该算法的S盒具有更高的非线性特征,满足严格雪崩准则,具有更好的抗差分能力;用该S盒加密时,其计算效率更高。

满足SAC(k)及其它几个密码准则的函数

对k阶严格雪崩性及满足k阶严格雪崩性的函数进行了研究。首先 ,对已有重要结果进行了深入分析 ;其次 ,给出了满足一定阶严格雪崩性布尔函数的结构 ;最后 ,得到了满足k阶严格雪崩且同时具有较高非线性度和最高代数次数的平衡函数。