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。

一种基于Feistel网络的反馈式分组混沌密码的研究

近年来,将混沌理论应用到信息安全已成为研究的一个热点。本文基于 Feistel 网络,提出了一种新颖的反馈式分组混沌密码算法。在该算法中,当前加密分组输出将影响下一明文分组要运行的轮数,而每一轮使用的 S-盒的序号与加密密钥有关,轮数及 S-盒的序号均由混沌映射动态生成。由于混沌的固有特性,使得加密系统变得更加复杂,更加难以分析和预测。实验结果表明,本算法具有优良的密码学特性,对明文和密钥以及混沌系统参数的细微变动都非常敏感,产生的密文随机性很好。对本算法的安全性进行了分析,结果表明它具有很高的抗穷举攻击的能力。

嵌套Feistel结构的SP型分组密码的可证明安全性

给出一个嵌套Feistel结构的SP型分组密码的模型及其抵抗差分密码分析和线性密码分析的可证明安全性 ,所获得的结果主要基于对SP型密码的可证明安全性的一个推广性结果的证明 依照模型 。

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。

分组密码算法uBlock积分攻击的改进

积分攻击是由Daemen等人(doi:10.1007/BFb0052343)于1997年提出的一种密码分析方法,是继差分分析和线性分析之后最有效的密码分析方法之一。作为2018年全国密码算法设计竞赛分组算法的获胜算法,uB-lock抵抗积分攻击的能力受到较多的关注。为了重新评估uBlock家族密码算法抵抗积分攻击的安全性,该文利用单项式传播技术,结合混合整数线性规划(MILP)工具搜索积分区分器,并利用部分和技术进行密钥恢复攻击。对于uBlock-128/128和uBlock-128/256,基于搜索到的9轮积分区分器分别进行了首个11轮和12轮攻击,数据复杂度为2~(127)选择明文,时间复杂度分别为2~(127.06)和2~(224)次加密,存储复杂度分别为2~(44.58)和2~(138)字节;对于uBlock-256/256,基于搜索到的10轮积分区分器进行了首个12轮攻击,数据复杂度为2~(253)选择明文,时间复杂度为2~(253.06)次加密,存储复杂度为2~(44.46)字节。与之前uBlock的最优积分攻击结果相比,uBlock-128/128和uBlock-256/256的攻击轮数分别提高2轮,uBlock-128/256的攻击轮数提高3轮。本文的攻击说明,uBlock针对积分攻击依然有足够的安全冗余。

一种基于Henon映射和Feistel结构的分组密码算法研究

混沌序列具有对初值和系统参数敏感等特点,因此非常适合应用于信息加密。本文在详细分析Henon映射的混沌和密码学特性的基础上,提出一种基于Feistel结构和Henon映射混沌分组密码算法,该算法最大的优点加密的轮次和子密钥的构造是基于混沌系统动态更新的,通过子密钥的动态生成,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,能够抵抗差分和线性密码分析。

基于双伪随机变换和Feistel结构的轻量级分组密码VHF

针对资源受限的移动终端对轻量级密码的需求,提出了一种基于双伪随机变换和Feistel结构的新的轻量级分组密码算法VHF。类似于许多其他轻量级分组密码,VHF的分组长度为128bit,密钥长度为80bit和128bit。VHF的安全评估结果表明,其可以对已知的攻击实现足够的安全性,如差分分析、线性分析和不可能差分分析等。在安全的基础上测试软件效率及硬件实现,与现有的轻量级分组密码进行的对比表明,VHF的软硬件效率都高于同为面向8位平台的国际标准CLEFIA算法。

万物网中轻量级可调分组密码QARMA的统计故障分析

基于唯密文攻击(ciphertext-only attack,COA)假设,提出了能够破译万物网(Internet of Everything,IoE)中QARMA密码算法所有版本的统计故障分析(statistical fault analysis,SFA)。针对调柄的不确定性,利用多种分析策略有助于将故障注入更深的轮数。为了提高分析效率,提出了两种新型区分器:克米试验—汉明重量区分器(Cramér-von Mises test-Hamming weight,CM-HW)和柯伊伯检验—极大似然估计(Kuiper’s test-maximum likelihood estimation,KT-MLE)区分器。试验结果表明,攻击者仅需将374个或者726个随机故障分别注入到两个版本的QARMA密码的倒数第三轮,即可以99%的可靠度恢复其128比特或者256比特子密钥。综上所述,在万物网的应用环境中,QARMA容易受到统计故障分析的影响。研究结果可为具有反射结构的轻量级可调分组密码和密码设备的保护提供参考。

物联网环境下Feistel结构分组密码的差分故障分析

轻量级分组密码作为物联网环境下RFID标签及智能卡等设备通信安全的重要保证,其安全性十分重要.为此,分析了Feistel结构轻量级分组密码故障传播规律,并提出了一种深度差分故障分析方法.该方法基于半字节故障攻击原理,对按照Feistel结构设计的轻量级分组密码可根据故障密文与正确密文的差分分析得到相应密钥信息.对具体的密码算法建立3种不同的攻击模型:单轮半字节故障注入模型、多轮半字节故障注入模型、多轮两个半字节故障注入模型,分别进行差分故障攻击得到该密码算法受差分故障攻击的威胁程度.给出了Feistel结构密码算法LBlock的实验结果.

一种基于Feistel结构的混沌分组密码的抗差分密码攻击分析

混沌系统具有良好的伪随机性、混频特性、对初始状态的敏感性、复杂的映射参数等特性,这些特性与密码学要求的产生伪随机信号、混乱和扩散、加解密密钥的难以预测等属性是十分吻合的。因此近些年来,不少学者提出了多种基于混沌理论的密码算法,但对其安全性大多草草一笔带过,并没有详尽的安全性分析。本文针对一种较新的基于Feistel结构的混沌分组密码,应用不可能差分的分析方法,分别在固定S盒、动态S盒两种情况对该算法进行了分析。分析结果表明,相比较于传统分组密码,该混沌分组密码能够更有效的抵抗差分密码攻击。

改进的广义Feistel结构轻量级分组密码算法

随着复杂环境信息物理系统的更加开放,数据的安全传输问题备受关注.轻量级分组密码算法是保证信息物理系统数据安全传输的重要方法之一,但其仍存在软件实现速率低、硬件实现复杂和灵活性缺乏等问题.针对上述问题,提出了一种基于四分支的广义Feistel结构的高性能轻量级分组密码算法.相较于传统的广义Feistel结构算法,该算法进行了以下优化:1)采用由模加、循环位移和异或3种操作组合成的ARX(modular addition,rotation and XOR)结构替换传统广义Feistel结构中的S盒(非线性替换层)和P盒(线性置换层),简化了算法的轮函数结构;2)增加非对称双子密钥以处理每轮加密的明文中间状态,使得中间状态不存在未处理的分支,提高了算法的安全性;3)设计了可扩展的轮常数加模块,提高了算法的灵活性;4)分支中增加混淆扩散结构f_(x),加快了算法的混淆和扩散速度;5)灵活设计了6个版本的轻量级分组密码算法,以适应不同位数的CPU平台.实验和分析表明,该算法实现效率高,具有良好的混淆和扩散能力,以及较高的安全性.

分组密码FBC的截断差分分析

为了促进密码算法的设计和实现,中国密码学会(CACR)于2018年举办全国密码算法设计竞赛,其中FBC算法是晋级到第二轮的十个算法之一.FBC有三个版本,即FBC128-128、FBC128-256和FBC256-256,分别能够支持128比特和256比特长度的明文和密钥.FBC算法采用4路两重Feistel结构设计,便于硬件实现.本文利用中间相遇的截断差分构造方法,针对FBC加密算法,为FBC-128算法构造了11轮概率为2^(-108)的截断差分路线,基于该区分器,对FBC-128算法第一次给出15轮密钥恢复攻击,其中攻击的数据复杂度为2^(99)选择密文,时间复杂度是2^(100)次15轮加密,比已有的分析结果提高了3轮.对于256比特分组长度的FBC-256算法构造了15轮概率为2^(-236)的截断差分路线,基于该区分器,对FBC-256算法给出了20轮密钥恢复攻击,攻击的数据复杂度为2^(227)选择密文量,时间复杂度是2^(222.6)次20轮加密.

改进的Type-1型广义Feistel结构的量子攻击及其在分组密码CAST-256上的应用

广义Feistel结构(GFS)是设计对称密码算法的重要基础结构之一,其在经典计算环境中受到了广泛的研究。但是,量子计算环境下对GFS的安全性评估还相当稀少。该文在量子选择明文攻击(qCPA)条件下和量子选择密文攻击(qCCA)条件下,分别对Type-1 GFS进行研究,给出了改进的多项式时间量子区分器。在qCPA条件下,给出了3d–3轮的多项式时间量子区分攻击,其中d(d≥3)是Type-1 GFS的分支数,攻击轮数较之前最优结果增加d-2轮。得到更好的量子密钥恢复攻击,即相同轮数下攻击的时间复杂度降低了2(d-2)n/2。在qCCA条件下,对于Type-1 GFS给出了3d-2轮的多项式时间量子区分攻击,比之前最优结果增加了d-1轮。该文将上述区分攻击应用到CAST-256分组密码中,得到了12轮qCPA多项式时间量子区分器,以及13轮qCCA多项式时间量子区分器,该文给出19轮CAST-256的量子密钥恢复攻击。

复杂电力物联终端多维数据的轻量级分组密码算法设计

为提高抗攻击性能,设计复杂电力物联终端多维数据的轻量级分组密码算法。利用STCS混沌映射生成轻量级分组密码算法核心部件S盒,设计算法核心部件P盒,基于广义Feistel结构的轻量级分组密码算法,将复杂电力物联终端多维数据分成四个相同数据子块后,利用1个P盒实现S盒混淆层16比特输出结果的线性变换,实现多维数据的轻量级分组加解密。实验结果表明,该密码算法具有较高的密钥敏感性,非加密密钥无法实现电力物联终端多维数据的正确解密;最大安全强度可达到90.8%,2 048长度数据加密仅需16 ms,且具有抗攻击性能。

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。

基于Feistel网络分组密码的实际安全性研究

密码最大差分特征概率的上界和最大线性特征概率的上界是衡量分组密码抵抗差分密码分析和线性密码分析能力的重要指标。文章根据线性密码分析的串联规则提出了一种新的求取密码最大线性特征概率上界的算法,适用于密钥异或作用下采用Feistel网络的分组密码,指出了原有的评估一类基于混沌函数的广义Feistel密码实际安全性的结论有误,得到了其线性活动轮函数的最小个数和差分活动轮函数的最小个数不总是相等的结论。

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。

基于分组密码的加密域图像可逆信息隐藏算法研究与实现

提出一种基于SM4分组密码和直方图平移的信息隐藏算法的加密域可逆信息隐藏算法,首先使用SM4分组密码对载体图像进行预处理,然后使用基于分块和密钥的直方图平移算法在加密后的载体图像中嵌入秘密信息;提取时先将图像进行分块处理,接收密钥后提取秘密信息,进行直方图逆向平移,最后进行解密操作。经过实验验证,算法符合实际应用中对嵌入秘密信息后图像的要求,并且能够正确提取秘密信息、解密恢复原始载体图像,在数据的隐蔽传输和个人信息保护领域具有较好的应用前景。

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.