SKINNY的差分故障攻击与ForkAE的密钥恢复攻击

作为LWC竞赛的候选算法之一,ForkAE是基于叉形密码结构的一系列轻量级认证加密算法,其中使用的加密原语为轻量级可调分组密码族SKINNY.本文首先给出了一种对SKINNY族内各算法进行差分故障攻击的方法.对于SKINNY-64-64和SKINNY-64-128,在算法倒数第三轮注入随机半字节故障,理论上平均通过2.32次随机半字节故障注入即可得知连续两轮共4个半字节的信息.通过对多个位置的信息获取,理论上平均通过9.23次随机半字节故障注入即可恢复单轮的64 bit轮密钥,结合密钥扩展算法即可恢复全部64 bit的主密钥.利用类似的方法攻击SKINNY-128-128和SKINNY-128-256,在算法倒数第三轮注入随机字节故障,理论上平均通过2.4次随机字节故障注入即可得知连续两轮共4个半字节的信息,平均通过9.56次随机字节故障注入即可恢复128 bit的主密钥.攻击SKINNY-64-192或SKINNY-128-384时需要额外对倒数第五轮进行攻击,分别需要18.52次随机半字节故障注入和19.18次随机字节故障注入.在对SKINNY完成的差分故障分析的基础上,本文给出了一种对ForkAE进行密钥恢复的方法,理论上仅需要1次对故障加密机的询问即可恢复ForkAE的主密钥.