Gimli/Xoodoo密码算法的不可能差分分析

大状态轻量级分组密码Gimli和Xoodoo具备逻辑门较少﹑低功耗和快速加密等诸多优点,备受业界关注。Gimli和Xoodoo算法均基于384 bit置换,大状态增加了对其安全性分析的困难性。该文通过引入AND、OR操作与S盒之间的等价表示,构建了Gimli和Xoodoo不可能差分区分器自动化搜索模型。进一步,为了验证不可能差分区分器的正确性,提出基于“二分法”的不可能差分区分器矛盾点检测新方法。结果表明:该文搜索并验证得到Gimli算法10轮不可能差分区分器以及Xoodoo算法4轮不可能差分区分器。特别地,Gimli算法不可能差分区分器轮数较已有结果提高了3轮。

Gimli认证加密方案的不可能差分分析

Gimli是美国国家标准与技术研究院发起的轻量级加密算法标准第二轮候选算法。当前,Gimli的安全性分析主要针对Gimli置换、Gimli杂凑函数、Gimli带有关联数据的认证加密方案等。Gimli认证加密方案总体采用sponge结构,适用于受限环境下的数据加密场景。目前对Gimli认证加密方案的状态恢复攻击最好结果是9轮,时间复杂度为2^(190),数据复杂度为2^(192)。为了评估这种方案抵抗不可能差分分析的能力,根据Gimli置换设计了一个差分传播系统,找到了适用于分析sponge结构认证加密方案的7轮不可能差分,此不可能差分仅限制了1 bit输出差分的取值,可显著地降低状态恢复阶段的时间复杂度与数据复杂度。将7轮不可能差分向前扩展4轮,成功实现了对11轮Gimli认证加密方案的状态恢复攻击。在状态恢复阶段,基于Gimli置换前两轮的弱扩散性,将2^(128)的密钥猜测量缩小为2个2^(64)密钥猜测量,此状态恢复攻击的时间复杂度约为2^(110)次加密,数据复杂度约为2^(52.5),优于现有公开文献中对Gimli认证加密方案的状态恢复攻击结果。