任意偶变元上代数免疫度最优的平衡旋转对称布尔函数的构造

旋转对称布尔函数是一类在输入进行循环移位的条件下输出保持不变的布尔函数.此类函数因具有特殊的结构并且包括许多具有良好密码学性质的布尔函数而在密码学领域受到广泛关注.在代数攻击出现之后,如何构造出具有最优代数免疫度的平衡旋转对称布尔函数成为布尔函数相关研究中的一个热点问题.对于这个问题的研究,在任意奇数变元上已经有了丰富的成果,而在任意偶变元上构造此类函数一直以来都是一件具有挑战性的工作.2021年,Mesnager等人提出了一类构造方法成功解决了这个难题,但所构造函数的非线性度不高.本文在任意偶变元n上给出了一类新的旋转对称布尔函数构造方法,所构造的函数不仅具有最优代数免疫度和平衡性,同时其非线性度在变元个数n大于等于8时均高于现有的任意偶变元上的同类构造.除此之外,通过电脑程序得到了这类新函数在变元个数小于等于16时不仅具有良好的抵抗快速代数攻击的能力而且代数次数可达到最高值n−1或次高值n−2.

互补对称布尔函数的非线性度

互补对称布尔函数是一类特殊的对称布尔函数。在所有代数免疫最优的对称布尔函数中,有相当的比例均属此类函数。特别是当变元数量为2m元时,有2/3比例的代数免疫最优对称布尔函数都是互补对称布尔函数。通过布尔函数非线性度、Walsh谱和Krawtchouk多项式间的关系,计算出互补对称布尔函数的非线性度。结果表明,任意n元互补对称布尔函数的非线性度为2n-1-1/2[nn/2]

几类旋转对称布尔函数的密码学性质

Sumanta Sarkar等人给出了一类具有最大代数免疫阶的旋转对称布尔函数,但对给出的旋转对称布尔函数仅研究了该函数的非线性度而对其他密码学性质未加以研究.因此,研究了上面给出的旋转对称布尔函数的其他密码学性质:代数次数、线性结构、扩散性、相关免疫性等.研究结果显示,虽然这类布尔函数的代数免疫阶达到最大,但是其他的密码学性质并不好.因此,此类布尔函数并不能直接应用在密码系统中.

关于旋转对称布尔函数线性结构的几点注记

该文研究了旋转对称布尔函数(RSBF)的线性结构特征,讨论了RSBF的代数次数与线性结构点之间的关系。证明了代数次数为n-1且平衡的偶数元RSBF不存在非全0的线性结构点这个公开问题。给出了自共轭轨道的计数公式,并以此计算了以全1向量为其线性结构点的RSBF的个数。

具有最优代数免疫度的偶数元旋转对称布尔函数的构造

代数免疫度是布尔函数的一个具有重要意义的密码学指标,具有高代数免疫度的布尔函数能够更有效地抵抗代数攻击,旋转对称布尔函数因其良好的密码学性质而成为密码学函数的优良选择,这类布尔函数已被广泛应用在不同的密码系统本文在对代数免疫度最优的旋转对称布尔函数构造研究的基础上,给出了一种偶数元旋转对称布尔函数的构造.而且,证明了新构造的九元旋转对称布尔函数不但代数兔疫最优,而且比已知同类研究构造出的函数具有更高的非线性度,达到2^(n-1)—(n-1/n/2)+2~k-2k,其中n=2k.同时,本文也详细讨论研究了所构造的函数的代数次数。

对称布尔函数的算术相关函数

算术相关函数是最近提出的一种研究布尔函数密码学性质的方法,该方法通过定义多元2-adic数上的加法和乘法运算,构建一种新的环结构,实现对经典相关函数的带进位计算的模拟。首先介绍了算术相关函数的定义,并针对具有良好密码学性质的对称布尔函数讨论了其算术相关函数的性质和取值,最后利用对称布尔函数的实值对称性证明了对称布尔函数的算术自相关函数也是一个与向量的重量有关的实值对称函数,至多是n+1值的。

对称布尔函数的密码特性与计数

对称性是用于密码体制的布尔函数准则之一。本文研究了对称布尔函数的扩散特性、雪崩特性和相关免疫特性，讨论了满足以上密码准则（尤其是高阶准则）的对称布尔函数的性质和计数问题。

代数免疫度最优的偶数元旋转对称布尔函数的构造

针对目前许多流密码算法无法抵抗代数攻击问题,提出了一种构造代数免疫度最优的偶数元旋转对称布尔函数的新方法。该方法在择多函数的基础上,通过巧妙选择汉明重量不一的若干轨道,并改变这些轨道上的函数值,从而构造出一类新的旋转对称布尔函数。给定布尔函数达到代数免疫度最优的一个充分条件,通过证明新构造的布尔函数满足该充分条件,从而表明该类函数代数免疫度最优,能够有效抵抗代数攻击。

最高非线性度旋转对称布尔函数与最优代数免疫函数

研究了旋转对称布尔函数的最高扩散次数、最高非线性度、代数免疫性和最优代数免疫函数的存在性与构造等问题。利用导数和e-导数证明了非线性度达到最高的旋转对称布尔函数的存在性,并利用导数,由扩散性达到最高n次的Bent函数来验证一类旋转对称Bent函数的存在性。同时证明了1阶代数免疫和2阶以上代数免疫旋转对称布尔函数的存在性。另外,利用旋转对称Bent函数构造了非齐次完全旋转对称最优代数免疫布尔函数以及一类众多的最优代数免疫布尔函数,并证明了这两类函数的存在性。同时,也得到了非齐次完全旋转对称相关免疫布尔函数。

2次单轨道旋转对称布尔函数的重量分布

旋转对称布尔函数在现代密码学中有重要的应用价值。给出了关于任意2次单轨道旋转对称布尔函数快速求值的算法,并得到了其重量的递归关系。结论提高了对2次单轨道旋转对称布尔函数求值的速度,有助于研究一般旋转对称布尔函数的重量和非线性度。

一种计算旋转对称布尔函数的汉明重量和非线性度的新方法

旋转对称布尔函数是一类重要的密码学函数,研究其重量和非线性度等密码学性质具有很好的理论价值。区别于已有的计算方法,该文利用特定的正规基把这些布尔函数的问题转化为有限域上的指数和问题,得到了4?n和2sn=时一些二次旋转对称布尔函数的重量和非线性度的新结果。使用所提的方法,可以计算几乎全部的二次旋转对称布尔函数的重量和非线性度。所提的新方法对于研究一般的旋转对称布尔函数具有一定的参考意义。

旋转对称布尔函数的最高非线性度与最优代数免疫

文章研究旋转对称布尔函数的最高扩散次数、最高非线性度和代数免疫性等问题.利用导数和e-导数证明了元数为偶数的完全2次齐次旋转对称布尔函数的非线性度达到布尔函数的最大非线性度.又利用导数从n次扩散性角度,证明了旋转对称Bent函数的存在性,即验证了最大非线性度旋转对称布尔函数的存在性.另外,利用导数证明了最优代数免疫旋转对称布尔函数的存在性,并给出了用Bent函数构造最优代数免疫旋转对称布尔函数的方法.利用导数还得出了一类旋转对称布尔函数的相关免疫性.

一类新的代数免疫度最优的奇变元旋转对称布尔函数的构造

布尔函数可以作为流密码和分组密码中的非线性部件,对密码系统的安全性有着重要的影响.旋转对称布尔函数是一类在输入进行循环移位下输出值保持不变的布尔函数.此类函数包含了很多具有良好密码学性质的布尔函数.如何构造具有最优代数免疫度的奇变元旋转对称布尔函数是布尔函数研究中的一个被广泛关注的问题.针对此问题沈黎鹏和陈克非给出了一种构造方案,所构造的函数非线性度在变元个数n> 23时是同类构造中最高的,但是在n≤23时是不确定的.本文给出一种新的构造方案,所构造的函数具有较高的非线性度,在变元个数n≤23时非线性度是同类构造中最高的,并且在某些情况下其代数次数能达到最高值n-1.此外,在变元个数为11, 13, 15时,利用Simon Fischer的程序验证了新构造的布尔函数具有几乎最优的抵抗快速代数攻击的能力.本文的构造可以为对称密码算法(尤其是利用小变元布尔函数作为非线性部件的轻量级密码算法)的设计提供更多可选择的密码函数.

对称布尔函数Walsh谱的渐近特性

研究了当变元个数n较大时对称布尔函数的一些性质。证明了对固定的d,变量个数n取较大值时,n元d次平衡对称函数都是平凡对称的。并进一步给出了变元个数充分大时Walsh谱的一些性质。

一类对称布尔函数的研究

主要讨论了一类对称布尔函数(记为)的性质。提供了不同的方法证明的一个子类具有最大代数免疫阶。给出了中函数达到最大代数免疫阶的一个必要条件,并得到了满足此必要条件的布尔函数个数的下界。同时给出了中大部分函数的代数次数,分析了中函数的线性结构和相关免疫性。结果表明,中函数没有非零的线性结构且仅有2个函数具有一阶相关免疫性。

偶变元MAI旋转对称布尔函数

代数免疫度是布尔函数的一个重要密码学指标。给出了具有最大代数免疫度的偶数元旋转对称布尔函数的两种构造方法。进一步地,研究了特殊情形时所构造的旋转对称布尔函数的非线性度,当n≥18时,构造3得到的MAI旋转对称布尔函数的非线性度优于已知构造的偶数元MAI旋转对称布尔函数的非线性度。

一类代数免疫度最优的奇数变元旋转对称布尔函数的构造

密码函数包含布尔函数与向量布尔函数两大类,其密码学性质关系到整个密码系统的安全性.旋转对称布尔函数是一类输出值在输入的循环移位下保持不变的布尔函数,具有结构简单、资源利用率高、运算速度快等优点,在分组密码S盒和Hash函数的设计中有着广泛应用.本文基于正整数拆分理论,构造了一类奇变元的旋转对称布尔函数.新构造的n元布尔函数不但代数免疫度达到了最优,而且在n≥25时的非线性度是目前同类构造中最高的.此外,还证明了此类函数具有最优的代数次数,如果n≠2^m+1,m≥3.研究结果表明,构造的布尔函数具有优良的密码学性质,这对构造理论的创新和实际布尔函数的选择有着重要的意义.

特殊条件下多圈旋转对称布尔函数的指数和

记0<sj<[n/2]为整数,j=0,1,…,r-1,称fn(x0,…,xn-1)=∑r-1j=0∑n-1i=0xixi+sj为多圈旋转对称布尔函数。定义S(e(fn(X)))=∑X∈Fn2e(fn(X)),其中,e(x)=(-1)x。利用差分分析的方法和勒让德符号等数论知识,计算多圈旋转对称布尔函数的指数和。对于奇素数p,建立了S(e(fn(X)))与S(e(fpn(X)))取值之间的联系,从而实际上给出了一种计算这类函数指数和的方法。同时给出特殊条件下2圈旋转对称布尔函数的指数和。

一类4次旋转对称布尔函数的汉明重量和非线性度

旋转对称布尔函数在密码学中具有重要的应用价值.本文研究了一类特殊4次的旋转对称布尔函数的快速求值及其汉明重量的递归关系,通过将该函数分解成数个子函数,并利用这些函数的傅里叶变换值的递归关系,证明了其汉明重量与非线性度相等.本文的结果和处理指数和的方法对于进一步研究Cusick的一个猜想可能有帮助.

具有抵抗DPA攻击能力的高非线性度旋转对称布尔函数的搜索

提出了一种有效的搜索算法以实现在旋转对称布尔函数类中搜索具有抵抗DPA攻击能力的高非线性度布尔函数。利用搜索算法在9、10元旋转对称布尔函数中得到了新的透明阶和非线性度等性质良好的函数,其中包括透明阶优于已有结果的函数。此外,基于多核并行技术实现了8元旋转对称布尔函数的遍历,首次给出了所有非线性度不低于112的8元旋转对称布尔函数,并对其非线性度、透明阶、代数次数进行了统计分析,这些函数可以用来构造密码学性质优良的S盒。