基于国密SM4及保形加密算法的文件脱敏系统研究

针对政务及金融等领域对于内部文件保密要求高,移动介质上存储的文件数据通过传统脱敏方法面临着数据内容量大、数据类型多样导致的脱敏效率低、脱敏内容不彻底等问题,提出了一种基于SM4与FF1结合的混合数据类型文件脱敏系统,该系统通过内容分割脱敏处理任意类型的数据,提升了文件脱敏的范围、准确性和效率;为了进一步减少脱敏系统代码运行的内存消耗,提出了汉字字典库索引转换算法,该算法通过构建待检测明文与汉字编码库的相对索引关系,优化传统脱敏系统中依赖于构建哈希表的键值映射;通过随机生成1000份测试文件进行脱敏测试,基于混合类型的文本不可识别率达到99.8%,脱敏以及内容复原的准确率达到99.9%;通过随机生成10份总大小约为10 MB的测试文件,纯文本类型的脱敏速率平均可达2500字符/秒。

基于国密SM3和SM4算法的SNMPv3安全机制设计与实现

随着网络技术的快速发展以及5G技术的日益普及,接入网络的设备呈指数级增加,网络结构日趋复杂,恶意网络攻击频发。如何安全、高效地管理数量庞大、复杂的网络设备正成为网络管理所面临的新挑战。简单网络管理协议SNMPv3版本相比v1和v2,增加了基于用户安全模型,提供了数据机密性、完整性、防重放等安全服务。但SNMPv3依然存在默认认证算法与加密算法强度不高、密码算法未全面支持国家商密算法标准等问题。文中在分析SNMPv3协议现有安全机制的基础上,针对基于用户安全模型的SNMPv3现存问题提出了优化方案,将SM3和SM4国密算法嵌入SNMPv3安全机制,基于SM3和SM4国密算法为SNMP协议设计了HMAC-SM3-192认证协议和PRIV-CBC-SM4加密协议。在未明显增加响应时间的前提下,提升了SNMP消息传输过程中抵御伪装、信息篡改、信息泄露等安全威胁的能力,实现了SNMP协议安全性方面的优化。

分组加密算法SMS4的14轮Square攻击

为了对分组加密算法SMS4进行新的安全性分析,基于SMS4的轮结构中的活跃字变化的特点,选择1个特定的明文形式来构造1个含3个活跃字的∧集,通过观察平衡字的传播路径,在第9轮找到了1个平衡字,由此构建出1个新型的12轮区分器并对14轮SMS4进行Square攻击.研究结果表明:攻击所需的明文数据量为232,计算复杂度为296.5,这说明14轮SMS4对Square攻击是不免疫的.

面向物联网的SM4算法轻量级实现

SM4算法是我国公布的第一个商用分组密码算法,目前已经得到了广泛的应用。为更好地适应物联网中资源受限设备处理能力低、存储空间小等特点,设计并实现了基于资源重用的SM4算法轻量级处理架构。子密钥扩展和轮函数交替使用核心电路完成子密钥生成及加/解密运算,无需额外存储32轮迭代所需子密钥。密钥存储和检测电路以及可正/逆序生成固定参数的实时生成电路,可大幅提高解密处理效率。实验结果表明,所设计的轻量级处理架构资源占用小、品质因数高,非常适合于在物联网中资源受限设备上使用,具有广阔的应用前景。

SMS4算法S盒的密码学性质

S盒是分组密码的重要组成部分,在很大程度上决定了分组密码的安全性。该文研究了中国分组密码标准SMS4算法S盒的平衡性、差分性质、线性结构、非线性、Walsh谱等性质,通过与美国高级加密标准、欧洲分组加密标准Camellia的S盒作比较,说明了SMS4算法S盒一些较好的安全特性。

基于SM4和ECC的混合加密算法研究

由于单一加密算法不足以满足无线嵌入式通信系统对信息安全的要求,提出基于提升的SM4算法和公钥加密算法的椭圆曲线密码体制(ECC)混合加密。首先将SM4中的参数FK由固定值改为动态选择生成,然后用提升的SM4算法加密信息,并采用ECC完成SM4的密钥管理。最后基于Visual C++6.0验证了混合加密算法的可行性。实验结果表明,提升的算法以占用时间资源为代价提高了算法的扩散性。该算法能够有效地提高加密的安全性,适用于对嵌入式系统中数据加密。

AES和SMS4算法的可重构设计与高效实现

分析AES和SMS4算法的原理及可重构性,给出系统的整体结构,综合应用可重构技术、并行处理及流水线技术对算法进行高效实现。与传统设计方案相比,该设计在保证运行速度的同时大大减少了资源的消耗,因此,适用于面积受限且有多种密码需求的安全系统。

WBDL:改进的SM4动态白盒密码算法

白盒模型下密码分析者被授权可以完全访问加密软件实现的中间过程.为了解决现有白盒密码通信中密钥生成方式固定、安全性不足的问题,构造了动态白盒库,设计了改进的SM4动态白盒密码算法WBDL(white-box SM4 algorithm based on dynamic white-box library).算法设计中应用新的查找表理论,构造了非固定的动态白盒库,把SM4算法的轮函数分割成三个阶段,再进行置乱编码,然后将密钥信息隐藏在第二阶段的查找表中以保护密钥.以设计的WBDL算法为基础构造了白盒加密通信软件系统,能够完成即时通讯、文件加解密、定期更换加密密钥等功能,可以在数据安全传输过程中实现对文件及密钥的有效保护.测试结果表明算法平均加密速率为0.273×10^(−3) Gbps,平均解密速率为0.234×10^(−3) Gbps,占用空间仅为尚-白盒算法的3%,但运算效率却更高;所设计的白盒加密通信软件对文件进行加解密的速度相近,平均值约为0.26 Mbps;文件加密传输速度均值为0.95 Mbps;软件系统的平均响应时间为425 ms.

基于HLS的认证加密算法的设计和优化

加密算法因其广泛的应用、出色的安全性、高效率和易于硬件实现等特性而日益受到重视,但其硬件实现目前主要集中在FPGA平台上。本文提出了一种在高层次综合(HLS)工具上设计和开发认证加密算法的方法,充分发掘了HLS技术在密码学应用中的潜力。针对HLS技术在实际应用中遇到的如延迟、自适应码率、跨平台和跨设备兼容性等问题,提出多种优化策略以提高SM4算法的性能。经过仿真实验对比,本文SM4的最佳的方案实现时钟频率最高达到219 MHz,吞吐量达到了31.10 Gb/s,性能较传统设计方式提升了五倍,验证了认证加密算法在HLS工具的硬件实现上的可行性与技术优势。

基于SMS4分组密码的彩色图像加密方法

为实现对数字彩色图像信息的有效保护,提出了一种采用SMS4分组加密的彩色图像加密方法。首先使用变参数的Arnold变换对图像进行位置置乱,其次使用外部密钥控制Logistic混沌映射产生各个SMS4分组的主密钥MK,以及任取32bit的随机整数作为加密子密钥并赋值给第1个SMS4分组加密图像的低32bit输入;再次分别将每个SMS4分组加密图像的低32bit输出作为下一个分组图像加密的低32bit输入,使得SMS4分组加密与反馈流密码相结合;最后将最后一组SMS4分组加密图像的低32bit输出作为图像解密的子密钥。加解密钥并不完全相同且解密子密钥与明文、密文紧密相关。实验结果表明,该方法具有良好的雪崩效应,可有效抵抗统计、差分和选择性明文等攻击。

国密SM4算法在车载CAN总线的加密应用

随着车联网技术的不断发展,汽车不再是孤立的嵌入式系统。然而,开放的互联网也会把传统的网络安全问题带给汽车。在传统车载通信系统中,数据是以明文的形式进行传输,能够抵御来自互联网威胁的有效信息安全手段依然不足。对此,文章首先介绍了国密SM4算法的基本原理,然后使用英飞凌Aurix TC234微控制器对CAN总线数据进行加密。实验结果表明,此方法可以有效地保护车内CAN总线数据,为国密SM4算法在车载通信系统中的应用提供一定参考。

SM4算法CTR模式的低开销实现

SM4算法是我国国家密码管理局发布的一种对称加密算法,具有加密效率高、安全性强和可实现资源重用等优点,在需要对大量数据进行加密的场景下具有广泛应用。当前对SM4算法的研究主要侧重于安全分析与优化实现等方面,虽然性能得到提升但无法兼顾实现时的资源开销,并不适用于资源受限的场景,因此有关SM4算法实现过程中资源开销方面仍存在可改进的空间。针对以上问题,提出了一种旨在减少SM4算法实现过程中资源消耗的设计方案。方案基于CTR模式下SM4算法结构进行设计,以循环迭代为基本架构,并行执行密钥扩展算法与加/解密算法,减少了中间寄存器的使用。FPGA验证结果显示,该设计在单通道实现下资源开销为229SLICE,最高可实现1.14 Gbit/s的吞吐率,降低了资源开销,并且兼顾了吞吐率以及安全性。

基于SM4轮函数设计的认证加密算法

认证加密算法,作为一种对称密码算法,能够同时保护数据的机密性和完整性,在信息安全领域有着重要作用.现有的认证加密算法大多是基于分组密码的工作模式设计的,底层需要调用全轮的分组密码,效率受到很大限制.本文主要考虑从基本部件出发直接设计一个高效的认证加密算法.首先结合国产分组密码标准SM4与广义Feistel结构给出了一种通用的结构设计.然后以抵抗碰撞攻击为安全性目标,利用混合整数规划(MILP)方法搜索得到了一些状态大小和效率各不相同的结构,这些结构可以被用来构造消息认证码和认证加密算法.最后,利用目前搜索得到的状态大小和效率较优的结构设计了一个认证加密算法,并进行了初步的安全性分析和软件实现,其速度约为SM4-GCM速度的10倍.

基于国密算法SM2、SM3、SM4的高速混合加密系统硬件设计

随着电子信息技术的快速发展,数据的安全性问题日益严峻,传统单一制密码算法在安全性与运算速率上已不能满足要求。为了解决大数据时代下所提出的加密需求,提出了一种基于国密算法SM2、SM3、SM4的高速混合加密系统的硬件设计方案,并针对SM2和SM4算法的底层硬件结构进行优化。对SM2算法采用Karatsuba Ofman模乘器与点运算并行方案进行优化。对SM4算法提出了一种基于复合域S盒的二次流水全展开硬件架构。实验结果表明,该系统所实现的各算法电路均具有较高性能。SM2的点乘时间缩短至68.37μs;SM3的杂凑值生成仅需0.71μs;SM4吞吐率最高达53.76 Gbps。相比同等安全性的SM2算法,该混合系统在加密时间上减小了26.67%,具有实用价值。与相关工作进行对比分析,可证明该方案在安全性和加/解密性能上均有一定优势。

基于SM4的选择性视频加密算法

针对目前实时视频泄露问题日趋严重的现状,提出了一种基于SM4算法和选择性视频加密算法的混合视频加密算法。利用SM4算法的强安全性,对加密技术中的密文反馈模式进行了改进,并和实用性较强的选择性视频加密算法进行混合产生一种新的视频加密算法。在保证视频加密效率的同时,极大程度地提升了视频数据在传输过程中的安全性。实验结果表明,本算法在视频加密传输的实时性和可靠性方面具有更高的时效性和抗攻击能力。

一种基于国密SM4算法的电力数据加密方法

用电信息数据一般经数据采集终端设备获取,数据整合器收集后传输到数据存储应用中心,这样的用电数据采集方法是明文传输存在数据泄露风险。针对上述问题,文章基于嵌入式ARM主控芯片STM32F103与三相电能专用采集芯片ATT7022设计搭建了硬件实验环境小型用电信息采集系统,同时对对称分组加密国密SM4算法进行了优化分析,采用SM4对采集系统传输的数据进行加密,且通过比较其他主流国际对称加密算法的加密效率进行验证,为电力信息数据传输提供了一个安全、可靠的加密防护方案。实验结果表明,使用本方法对电力数据进行加密防护相比其他加密方法可以有效降低内存消耗,对于在资源有效的实际场景下该方法有较好的实用性。

一种基于SM4密码算法的DSP程序文件加密保护技术研究

针对专用加密芯片进行DSP程序文件加密保护的成本高、需改变系统硬件架构、开发调试周期较长等现存问题,提出一种基于SM4密码算法的DSP程序文件加密保护方法。该方法是在DSP程序文件编译生成后,利用SM4密码算法对其进行加密处理,并将生成的密文程序文件存储于Flash中,只有在DSP上电运行时从Flash中读取该密文程序文件并结合匹配的密钥完成解密加载后才能正常运行。该方法以软件的方式实现了DSP程序文件的加密保护,可在不改变DSP硬件系统架构的情况下对DSP程序文件进行有效的加密保护,从而降低了硬件成本、提高了系统的安全性。

SM4算法CTR模式的高吞吐率ASIC实现

针对同时要求安全性能高和吞吐率高的应用场景,基于支持并行实现的计数器模式SM4算法,提出一种高性能、可扩展的电路结构。该结构分离了控制平面和数据平面,并对数据平面进行了参数化,使得电路性能可依据吞吐率需求进行扩展。通过该结构,既可保障数据的安全性能,又可保证较高的吞吐率。FPGA实现结果显示,单通道设计的吞吐率可达14.647Gbit/s,而资源开销仅为7 423 ALMs。在0.18μm CMOS工艺下进行综合的芯片面积为0.271 mm^2。

基于SM4国密算法的人脸识别支付系统安全应用研究

人脸识别支付是一种新的支付手段,在各个交易领域都有着很大的应用前景。较使用手机APP支付花费的时间会更短,平均不到1秒就可以完成支付。它能记录人体面部特征,在下一次消费时,能快速进行面部识别,完成支付。但技术是一把“双刃剑”,人脸支付在提升支付服务便捷性的同时,也存在应用风险,如:信息泄露风险,假体攻击风险,算法漏洞风险等。人脸特征具有唯一性,不法分子可通过远程等方式,在公共场所批量获取用户人脸信息,“盗脸”一旦发生后患无穷。虽然现在活体检测技术水平已经大大改进,但新型攻击手段不断出现,对用户资金安全也造成潜在威胁,不容忽视。人脸识别算法在快速迭代,也存在隐藏的未知漏洞。基于此,本文针对支付过程中存在的安全问题提出了SM4算法和人脸活体检测算法共同加密的支付系统;通过数据加解密测试及人脸性能指标检测,达到系统预期效果,较目前研究的人脸支付系统有了大幅度的性能提升。

SMAE:一种新型认证加密算法

认证加密算法能够同时保障数据的保密性和完整性。以国标对称密码SM4算法为基础,提出一种新型认证加密算法SMAE。SMAE是一种单程专用的认证加密算法,通过将认证码的生成模块与SM4的轮函数结合,并改进了加密模块,使得算法在初始化阶段、加密阶段以及认证码生成阶段可以共享数据和部分算法,最大程度地减少计算资源消耗。SMAE的正确性分析和安全性分析结果表明该算法能够正确进行加解密运算,抵抗当前主流密码攻击。同时,通过与SM4和AEGIS的效率实验对比表明该算法与SM4有所降低,与AEGIS效率相当,具备实用性。