SIMON算法的白盒实现与分析

在白盒攻击环境下,攻击者可以访问密码算法的实现过程,观测算法运行的动态执行和内部细节,并任意修改.2002年Chow等人首次提出了白盒密码的概念,利用查找表技术提出了AES算法和DES算法的白盒实现所采用的方法称为CEJO框架.白盒实现将已有的密码算法进行编码混淆,在白盒攻击环境下以软件的形式达到保护密钥的目的,同时保证算法结果的正确性.SIMON算法是一种轻量级分组密码算法,因其良好的软硬件实现性能被广泛应用于物联网设备中,研究该算法的白盒实现具有重要现实意义.给出SIMON算法的两种白盒实现第1种方案(SIMON-CEJO)采用经典的CEJO框架,利用网络化编码对查找表进行保护,从而混淆密钥.该方案占用内存为369.016 KB,安全性分析表明SIMON-CEJO方案可以抵抗BGE攻击和仿射等价算法攻击,但不能抵抗差分计算分析.第2种方案(SIMON-Masking)采用Battistello等人提出的编码方式,对明文信息和密钥信息进行编码,利用编码的同态性,将异或运算和与运算转化为模乘运算和表查找操作;最后进行解码,得到对应的密文结果在算法运行过程中,对与运算添加布尔掩码,编码的随机性保护了真实密钥信息,提高了方案抵抗差分计算分析和其他攻击的能力.SIMON-Masking占用内存空间为655.81 KB,基于勒让德符号的二阶差分计算分析的时间复杂度为O(n2klog2p).这两种方案的对比结果表明,经典的CEJO框架无法有效防御差分计算分析,运用新型编码并添加掩码是一种有效的白盒实现方法.

Simon量子算法攻击下的可调加密方案研究

随着量子计算机和量子计算技术的迅速发展,量子算法对密码系统安全性的威胁迫在眉睫。之前的研究表明,许多经典安全的对称密码结构或方案在基于Simon算法的量子攻击下不安全,例如3轮Feistel结构、Even-Mansour结构、CBC-MAC、GCM和OCB等方案。可调加密方案通常设计为分组密码工作模式,用于磁盘扇区加密,其结构可以分为Encrypt-MaskEncrypt(CMC、EME、EME*等)、Hash-CTR-Hash(XCB、HCTR、HCH等)和Hash-ECB-Hash(PEP、TET、HEH等)三种类型。本文利用Simon算法,对HCTR、HCH、PEP和HEH四种可调加密方案进行了分析,研究结果表明这四种可调加密方案在选择明文量子攻击下是不安全的,使用多项式次的量子问询即可得到与方案秘密值有关的周期函数的周期,进而将其和可调随机置换区分开来。对于利用Simon算法对可调加密方案的攻击,构造周期函数是关键。一般基于两种特殊形式的可调加密方案构造周期函数:一种是固定调柄,一种是变化调柄。本文用变化调柄的方法给出了对CMC和TET两种可调加密方案更简洁的量子攻击方法。通过对比分析,固定调柄和变化调柄两种不同的Simon量子攻击方式得到的周期不同,可结合得到进一步的结果。最后本文从固定调柄和变化调柄的角度对可调加密方案的一般量子攻击方法进行了总结,并给出了对基于泛哈希函数可调加密方案(Hash-CTR-Hash和Hash-ECB-Hash)的通用攻击。

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。

R^(1+1)中Maxwell-Chern-Simons-Higgs模型解的L^(∞)估计

用能量守恒估计和特征线估计的方法解决(1+1)维Maxwell-Chern-Simons-Higgs模型解的Sobolev范数增长性估计问题,给出模型有限能量解的一阶导数的L^(∞)估计,并通过改进指数增长得到解的H^(2)范数的多项式增长.

Levine、McQuarrie和Simon编写的两本经典物理化学英文教材介绍

从编写指导思想、主要内容和章节编排、主要特色、存在的不足等多个维度,对Levine编写的Physical Chemistry(6thedition)以及McQuarrie和Simon编写的Physical Chemistry-A Molecular Approach两本英文教材进行了较为全面的介绍,对国内物理化学教材建设具有一定的启示和借鉴作用,也有利于国内物理化学相关课程师生了解、学习和使用这两本教材。

一类J.Simons型积分不等式

利用活动标架法,研究单连通完备近拟常曲率空间中的紧致极小子流形.建立了这类空间中紧致极小子流形关于其第二基本形式模长B||的J.Simons型积分不等式,推广了常曲率空间、拟常曲率空间中极小子流形的相应结果.同时,给出近拟常曲率空间但不是拟常曲率空间的一个例子的详细证明。

动态聚集效应及其在SIMON算法上的应用

SIMON算法是美国国家安全局(NSA)在2013年发布的轻量级分组密码算法,自提出以来就受到密码学界的广泛关注.本文通过对SIMON的差分/线性掩码传播进行深入分析,根据每轮的输入差分/掩码空间来动态调整窗口内活跃比特的位置,使其尽量位于每轮的输出最密集的w个比特处,同时动态调整窗口外部的比特取值,将静态窗口转化为动态窗口,使其包含更多的差分/线性路径,得到具有更高概率的差分/线性壳.分别以SIMON64、SIMON96和SIMON128为例,进行了差分和线性壳的搜索.在差分分析方面,将已有的SIMON128的区分器提高3轮,得到44轮的高概率差分;在线性分析方面,将已有的SIMON64和SIMON96的区分器提高1轮,分别得到24和34轮的线性壳,将SIMON128提高3轮,得到45轮的线性壳.这是目前对SIMON算法搜索差分/线性区分器的最优结果.

基于神经网络区分器的SIMON-like算法参数安全性评估

神经网络区分器作为一种新的可被应用于密码算法安全性分析的工具,一经提出便被应用于多种密码算法的安全性分析。对于SIMON-like算法,其循环移位参数的选择有多种。利用神经网络区分器对分组长度为32 bit的SIMON-like算法的循环移位参数(a,b,c)的安全性进行了研究,并给出了好的循环移位参数选择。利用Kölbl等在CRYPTO2015中提出的SIMON-like算法仿射等价类思想,将分组长度为32 bit的SIMON-like算法的循环移位参数划分至509个等价类,并选择其中使gcd(a-b,2)=1成立的240个等价类进行研究。针对240个等价类的代表元构建了自动化搜索差分路径的SAT/SMT模型,并利用SAT/SMT求解器搜索了不同代表元的多轮最佳差分路径。利用搜索得到的最佳差分路径的输入差分训练了神经网络区分器,选择其中准确率最高的神经网络区分器作为代表元的神经网络区分器,统计了不同代表元的神经网络区分器准确率。发现Kölbl等给出的20个最佳循环参数并不能使神经网络区分器的准确率最低,而且其中4个循环移位参数对应的神经网络区分器的准确率超过了80%,这意味着这4个循环移位参数抗神经网络区分器的能力是差的。综合考虑Kölbl等的选择和不同代表元的神经网络区分器准确率,给出了3个好的循环移位参数选择,即(6,11,1)、(1,8,3)和(6,7,5)。

(1+1)维Maxwell-Chern-Simons-Higgs系统解的整体存在性

通过降维(1+2)维Maxwell-Chern-Simons-Higgs系统得到了(1+1)维Maxwell-Chern-Simons-Higgs系统,并在Lorenz规范条件下研究了(1+1)维Maxwell-Chern-Simons-Higgs系统解的整体存在性.应用Sobolev空间相关理论,证明了(1+1)维Maxwell-Chern-Simons-Higgs系统的解在H^(2)×H^(1)上具有整体存在性,同时还验证了该系统所对应的能量函数是守恒的.

(1+1)维Maxwell-Chern-Simons-Higgs系统解的局部适定性

在Lorenz规范条件下,研究了(1+1)维Maxwell-Chern-Simons-Higgs波动系统.利用Sobolev嵌入不等式和压缩映射不动点定理证明了(1+1)维Maxwell-Chern-Simons-Higgs系统的Cauchy问题在H2×H1空间上具有局部适定性.

视觉运动Simon效应和认知Simon效应的影响因素及机制

Simon效应是指与反应要求无关的刺激位置和反应位置在同侧时,个体反应更快更准确的现象。对于Simon效应的产生机制,大多数研究者认为,在不同实验情境中获得的Simon效应有共同的产生机制。但是,越来越多的证据显示,在刺激形式、排列方式、刺激—反应规则以及反应方式等因素的影响下,存在两种不同性质的Simon效应,即视觉运动Simon效应和认知Simon效应。视觉运动Simon效应源于刺激位置自动激活其同侧反应所产生的影响,认知Simon效应源于转译生成的编码间的相互干扰,两者分别与背侧通路和腹侧通路的加工有关。

一种计算ARX密码差分—线性偏差的新方法

ARX密码由模加、循环移位和异或这3种基本运算组成。目前ARX密码差分—线性区分器偏差的计算大多采用统计分析的方法。在2022年美密会上,NIU等给出了一种计算ARX密码差分—线性区分器相关度的非统计分析的方法,并给出了SPECK32/64的10轮差分—线性区分器。基于BLONDEAU等和BAR-ON等的方法,给出了差分—线性特征的定义,并首次提出了用差分—线性特征计算差分—线性区分器偏差的方法。同时,提出了一种基于布尔可满足性问题(SAT)自动化技术搜索差分—线性特征的方法,给出了计算ARX密码差分—线性区分器偏差的非统计分析的新方法。作为应用,对NIU等给出的SPECK32/64的10轮差分—线性区分器偏差进行计算,得到的理论值为2-15.00,非常接近统计分析的实验值2-14.90,且优于NIU等给出的理论值2-16.23。同时,首次给出了SIMON32/64的9轮差分—线性区分器偏差的理论值2-8.41,接近统计分析得到的实验值2-7.12。实验结果说明了这种方法的有效性。

Go/No-Go范式中非反应手状态对Simon效应性质的影响

采用go/no-go范式改进的Simon任务来考察非反应手的状念对Simon效应性质的影响。结果发现:实验一要求非反应手放在除了反应键盘和桌面之外的任何位置,不会产生Simon效应;实验二要求非反应手放在桌面的固定位置,产生的Simon效应随反应时增大而减小,即视觉运动Simon效应;实验三要求非反应手放在固定的非反应键上,产生的Simon效应却随反应时增大而增大,即认知Simon效应。这说明非反应手状态能影响Simon效应的性质。

具有复合埋层的新型SIMON材料的制备

采用氮氧共注入方法制备了新型的 SIMON(separation by implanted oxygen and nitrogen) SOI材料 .采用不同的制备方法分别制作出样品并进行了结构测试和分析 ,发现 SIMON材料的结构和质量对注入条件和退火工艺非常敏感 .并对各种氮氧复合注入技术做了分析和比较 。

SIMON轻量级密码算法的唯密文故障分析

在随机半字节故障模型下,针对Feistel结构的SIMON密码进行了唯密文故障攻击。导入随机半字节故障产生错误密文,对每个错误密文解密生成中间状态,利用统计学的知识分析中间状态的分布,在原有的SEI区分器、GF区分器、MLE区分器、MLE-SEI双重区分器、GF-SEI双重区分器和GF-MLE双重区分器的基础上,提出了新型的GF-MAP双重区分器、HW-MLE双重区分器、GF-HW双重区分器和HW-MAP双重区分器,对SIMON密码全部版本进行了统计分析。结果表明,SIMON密码不能抵抗唯密文故障攻击,并且所提新型区分器在SIMON密码中需要故障数更少,攻击效果更好。研究成果为其他类似结构的算法提供了重要的借鉴。

量子计算模型下PFP算法的安全性分析

量子技术的快速发展和量子计算效率的不断提高,以及Shor算法和Grover算法的出现,给传统公钥密码和对称密码的安全性造成了较大威胁。因此,基于Feistel结构设计的分组密码PFP算法,首先将轮函数的线性变换P融入Feistel结构的周期函数构造,推导得到PFP算法的4个5轮周期函数,比选择明文攻击模型下典型Feistel结构的周期函数多2轮,并通过实验验证正确性;进一步地,以其中一个5轮周期函数作为区分器,结合量子Grover算法和Simon算法,通过分析PFP密钥编排算法的特点对9、10轮PFP进行了安全性评估,得到正确密钥比特需要的时间复杂度为2^(26)、2^(38.5),需要的量子资源为193、212个量子比特,可以恢复58、77比特密钥,优于已有不可能差分分析结果。

Simon效应及其反转现象作用机制的研究

研究运用任务干扰的实验范式,试图从探讨刺激出现的空间位置与反应效果之间的关系来推测Simon效应及其反转现象的作用机制。结果表明:(1)当相关刺激-反应匹配不相容时,颜色刺激在左、右位置呈现,当明显标记反应键时,出现Simon效应的反转。(2)当手指遮住反应键的标记时,没有反转。(3)当颜色刺激在中央位置,声音在左、右耳发生时,没有反转。说明显示-控制排列对应性是产生Simon效应反转的最重要因素,逻辑再编码只起到次要的作用。

人际情境对幼儿联合Simon效应的影响机制

联合Simon效应是考察幼儿共同表征能力的一个有效指标,本研究采用联合Simon任务范式通过两个实验考察幼儿联合Simon效应稳定产生的年龄阶段以及不同人际情境对该效应的影响机制。实验1首先以3个年龄段幼儿为研究对象来考察幼儿联合Simon效应产生的年龄阶段,以揭示共同表征能力的发生发展趋势。实验2在实验1基础上以出现稳定联合Simon效应的5岁幼儿为研究对象,进一步考察该能力水平是否受到人际情境的影响及背后的机制。结果表明,与3岁相比,4岁幼儿开始出现联合Simon效应,但尚不稳定,5岁幼儿的联合Simon效应达到更加稳定水平;不同人际情境对幼儿的共同表征能力产生影响,相较合作情境,竞争情境对幼儿联合行动的共同表征能力有抑制作用。本研究结果很好地支持了参考编码理论,并拓宽了对共同表征理论的理解。

有机物的Simons电化学氟化法进展

介绍了有机物Simons电化学氟化法的合成方法、原理和影响氟化过程的主要因素。探讨了氟化反应器设计、氟化产物分离、氟化产物分析测定以及氟化过程工业化存在的主要问题。提出了采用Ni合金电极实现有机物Simons电化学选择性氟化的新思路。指出了开展电极/溶液界面热力学特性及反应动力学规律研究、三维电极电化学反应器应用基础研究以及氟化产物在线检测分析测定方法研发等主要研究方向。

三维空间中视觉空间返回抑制对Simon效应的影响

通过虚拟现实技术构建虚拟三维场景,采用视觉空间返回抑制范式与Simon任务的变式相结合,操纵了目标深度、线索有效性以及空间一致性三个变量,考察三维空间深度位置上视觉空间返回抑制如何影响任务无关的反应表征(Simon效应)。结果发现,(1)三维空间深度位置上存在基于空间的返回抑制效应,且空间返回抑制效应会削减Simon效应;(2)目标出现在远处空间时,线索化条件下的Simon效应显著大于非线索化条件下的Simon效应;(3)目标出现在近处空间时,线索化条件与非线索化条件下的Simon效应之间无显著差异。研究表明,空间返回抑制并不是"深度盲",且目标的空间位置会对空间返回抑制与Simon效应的交互关系产生影响。