对哈希算法SHA-1的分析和改进

研究了哈希算法的相关问题,对常用哈希算法SHA—1从安全性和运算效率方面进行了较深入分析,并由此提出了对该算法的几点改进,使改进后的算法在安全性及运算效率方面较原算法均有所提高。同时还提出了一种安全散列值的计算方法。

SHA-3算法的抗原象攻击性能优化

通过对SHA-3算法置换函数Keccak-f的线性性质以及缩减轮数的Keccak杂凑函数原象攻击的研究,提出了SHA-3算法的抗原象攻击性能优化设计方案.首先结合Keccak杂凑函数的差分特点和θ置换函数的奇偶性质,分析了基于CP-kernel的SHA-3算法原象攻击;然后针对目前实施原象攻击的方法,在θ置换函数运算后异或随机数以打乱其汉明重量,改变CP-kernel的校验性质,阻止攻击者利用中间相遇的方法寻找原象,提高了SHA-3算法的抗原象攻击能力;最后利用VHDL硬件语言实现抗原象攻击SHA-3算法的设计方案,验证了该算法的正确性以及安全性.

基于SHA-3与DNA编码混沌系统的输电线路图像加密算法研究

针对输电线路巡检中无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)采集的图像数据存在的安全与加密效率问题,提出一种安全哈希算法(security Hash algorithm-3,SHA-3)与脱氧核糖核酸(deoxyribo nucleic acid,DNA)编码混沌系统相结合的图像加密算法。首先,为加强密钥对图像明文的敏感性,利用SHA-3算法生成巡检图片的哈希值作为超混沌系统的初始值密钥;然后,根据对角线提取规则将图片进行像素块置乱,并使用超混沌系统生成的混沌序列映射DNA编码规则,对置乱完毕的巡检图片进行DNA编码、运算与解码,实现巡检图像的加密与解密;最后,为验证所提方法的有效性以及优越性,以某国网公司实际巡检图像数据为基础,设置密钥空间、密钥敏感性、直方图、信息熵、加密时效等实验对所提算法进行测试分析。结果表明:所提算法相较传统算法安全性更高的同时,具有较好的实时性,可胜任实际巡检中的图像加密任务,为输电线路巡检图像加密任务提供了新的思路和技术方法。

应用于后量子密码的高速高效SHA-3硬件单元设计

随着量子计算技术的高速发展,传统的公钥密码体制正在遭受破译的威胁,将现有加密技术过渡到具有量子安全的后量子密码方案上是现阶段密码学界的研究热点。在现有的后量子密码(Post-Quantum Cryptography,PQC)方案中,基于格问题的密码方案由于其安全性,易实施性和使用灵活的众多优点,成为了最具潜力的PQC方案。SHA-3作为格密码方案中用于生成伪随机序列以及对关键信息散列的核心算子之一,其实现性能对整体后量子密码方案性能具有重要影响。考虑到今后PQC在多种设备场景下部署的巨大需求,SHA-3的硬件实现面临着高性能与有限资源开销相互制约的瓶颈挑战。对此,本文提出了一种高效高速的SHA-3硬件结构,这种结构可以应用于所有的SHA-3家族函数中。首先,本设计将64 bit轮常数简化为7 bit,既减少了轮常数所需的存储空间,也降低了运算复杂度。其次,提出了一种新型的流水线结构,这种新型结构相比于通常的流水线结构对关键路径分割得更加均匀。最后,将新型流水线结构与展开的优化方法结合,使系统的吞吐量大幅提高。本设计基于Xilinx Virtex-6现场可编程逻辑阵列(FPGA)完成了原型实现,结果显示,所设计的SHA-3硬件单元最高工作频率可达459 MHz,效率达到14.71 Mbps/Slice。相比于现有的相关设计,最大工作频率提高了10.9%,效率提升了28.2%。

Skein树形哈希算法的并行实现与性能评估(英文)

Skein算法提供一种树形哈希模式,方便了并行硬件资源的充分利用.提出一种并行计算平台,用以评估树形哈希算法与传统线性哈希算法相比的性能提升.该平台通过开关网络连接多个运算单元和多个存储单元,允许并行运算和并发的存储器访问.平台中包含一个控制器,负责动态地向运算单元调度任务,支持算法参数的灵活配置.为了确定最优配置参数,根据平台特征建立了性能模型.实验结果显示,加速比趋近于理论上限,即平台中运算单元的数量.该平台的硬件原型通过台积电65 nm工艺进行综合,工作频率达到833 MHz,对应吞吐率为38.091 Gbps.